Màquines tèrmiques

Màquines tèrmiques

Les màquines tèrmiques són les que aprofiten l’energia tèrmica de combustibles com el carbó, la fusta, gasolina ... per transformar-la en energia mecànica capaç de realitzar un treball (mitjançant una combustió).

Per poder cremar un combustible (combustió) calen els següents elements:

• Combustible
• Oxigen
• Flama o guspira

Els motors tèrmics es poden classificar segons si la combustió es realitza a l’interior o a l’exterior del motor en:

• Motors de combustió interna.

• Motors de combustió externa.1. MÀQUINA DE VAPOR ALTERNATIVA

Màquina de combustió externa inventada per James Watt 1769, anteriorment Papin, Savery i Newcomen ja havien creat màquines semblants però menys eficients i segures. A partir de la combustió del carbó s’obtenia vapor (per això moltes fàbriques se’ls anomenava vapors) que feia moure un pistó obtenint energia mecànica. A Catalunya, la màquina de vapor va ser introduïda per Francesc Santpontç i Francesc Salvà.

3. MOTOR D’ENCESA PER GUSPIRA O DE CICLE OTTO

Motor de quatre temps (4T)
Inventat per Nikolaus Otto el 1876 (enginyer alemany)
Utilitza gasolina com a combustible i transforma l’energia tèrmica en mecànica impulsant un pistó que transforma el seu moviment alternatiu en circular a través d’un mecanisme biela – manovella.

Funcionament del motor de quatre temps:

• Admissió: s’obre la vàlvula d’admissió i al baixar el pistó xucla la mescla de gasolina i aire que ve del injector electrònic, antigament era un carburador. (Pistó al PMS i baixa al PMI)

• Compressió: la vàlvula d’admissió es tanca i el pistó puja comprimint la mescla de gasolina i aire. (Moviment ascendent del pistó fins PMS)

• Explosió: una guspira elèctrica produïda per la bugia inflama la mescla provocant una explosió. Es generen molts gasos que empenyen el pistó cap a baix. És l’única fase que es produeix treball. (Moviment descendent del pistó)

• Escapament: s’obre la vàlvula d’escapament i surten els gasos de la combustió al pujar el pistó. Es tanca la vàlvula i torna a començar el cicle. (moviment ascendent del pistó de PMI a PMS)

Motor de dos temps (2T). (Les motos petites)

Són motors lleugers i senzills amb un funcionament similar als de 4T.
No porten vàlvules ni arbres de lleves, són econòmics i indicats per màquines de poca potència (ciclomotors, serres mecàniques, grups electrògens ...)
En el primer temps es produeixen simultàniament les fases d’admissió i compressió i en el segon temps es produeixen, també simultàniament, les fases d’explosió i escapament.
Els motors de 2T utilitzen gasolina mesclada amb oli del 2 al 4% (mescla) per lubrificar el pistó (no cal oli al carter)

Principi de funcionament:

• Admissió i compressió: El pistó es desplaça del PMI al PMS (moviment ascendent). El pistó tanca la boca de sortida dels gasos cremats i obre la boca d’entrada dels gasos que venen del carburador. El buit produït al càrter provoca l’aspiració dels gasos combustibles (admissió) i la mescla d’aire, gasolina i oli procedent del carburador passa a l’interior del càrter. El pistó continua el seu moviment cap PMS comprimint els gasos combustibles que hi havia a l’interior del cilindre.
• Explosió i escapament: moviment descendent del pistó degut a l’explosió provocada per la guspira de la bugia des del PMS a PMI (explosió). Durant aquest moviment el pistó tanca la boca d’admissió i obre la d’escapament i la de càrrega. Es produeix la sortida de gasos cremats (escapament) i l’entrada al cilindre, per la boca de càrrega, dels gasos combustibles procedents del càrter. A continuació torna a iniciar-se el cicle. 

4.MOTOR D'ENCESA PER COMPRESSIÓ O DIÈSEL (inventat per Rudolf Diesel)

La característica principal d’aquest motor és que l’explosió no es produeix a través d’una guspira, sinó que es produeix espontàniament a causa de les condicions de temperatura i pressió a què se sotmet el combustible (al comprimir un gas augmenta la seva temperatura, si aquest gas es combustible i el comprimim fins a la temperatura de combustió explotarà sense necessitat de guspira).
Normalment el motor dièsel segueix un cicle de 4T (pot ser de 2T també però poc utilitzat) com el de gasolina però amb diferències.

SISTEMES AUXILIARS 

Alimentació 
Dispositiu que subministra la mescla d’aire i combustible al motor. Pot fer-ho mitjançant:

• Carburador: Dispositiu capaç de subministrar una mescla de gasolina i aire avui en dia poc utilitzada.

• La injecció electrònica: Mètode molt utilitzat en els cotxes i ha substituït els carburadors. La gasolina s’injecta, en la quantitat justa, als cilindres mitjançant els injectors obtenint un rendiment més alt.

Refrigeració 
Refreda el motor. Les explosions provoquen altes temperatures que podrien malmetre el motor.

• Circuit de refrigeració: cal reduir la temperatura del motor deguda a les explosions. Es fa circular un líquid pel circuit de refrigera ció. El líquid calent que surt del motor es refreda al radiador.

Sistema d’encesa 
Està format pel circuit elèctric que subministra la guspira a la bugia. (només en els motors de gasolina)

• Bugia: element que es troba a la culata i és l’encarregat de generar la guspira que provoca l’explosió.

Motor d’arrencada 
Motor elèctric que arrossega el motor en el moment d’engegar-lo.

Lubrificació 
Tots els elements mòbils els cal una quantitat d’oli lubrificant per augmentar el rendiment del motor, reduir desgast i dissipar també la calor ge nerada pel fregament.

• Lubrificant: Oli que disminueix el fregament de les parts mòbils del motor i facilita el moviment
• Carter: és un recipient que conté l’oli que lubrifica tots els elements interns del motor.
• Bomba: impulsa l’oli a totes les parts que ho necessiten (parets interiors del cilindre, articulacions, biela – cigonyal...)

En els motors de 2 T l’oli està incorporat amb la gasolina (mescla)

CARACTERÍSTIQUES DELS MOTORS 
Les característiques més importants dels motors d’explosió són:

• Nombres de cilindres

Els motors solen tenir un, dos, quatre, cinc, vuit o dotze cilindres. Però el més usual és tenir 4 cilindres per els cotxes, un o dos per les motos.

• Cilindrada (motor de 125 cc o 500 cm3)

És la suma dels volums de tots els cilindres d’un motor d’explosió

• Relació de compressió

Ens indica la relació entre el volum màxim i el mínim dins el cilindre.
Volum màxim: quan el pistó està al PMI (inclou el volum del cilindre i el volum de la cambra de combustió)
Volum mínim: volum de la cambra de combustió.

La relació de compressió sol ser de 8 – 10 a 1 per motors Otto i de 14 – 22 a 1 per motors dièsel.

• La potència i el parell motor

• Consum

Ens indica els litres de combustible consumits en una hora de funcionament. També se’ns sol donar en litres per cada 100 Km recorreguts a una velocitat determinada com ara 10 L/100Km a 120 Km/h.

6. ELS COMBUSTIBLES
Com hem vist els combustibles utilitzats per les diferents màquines són:
Tots excepte els combustibles nuclears provenen de combustibles fòssils.
Actualment es comencen a utilitzar els biocarburants
Els biocarburants són combustibles líquids que provenen d’organismes recentment vius o les seves desfetes (biomassa), són molt menys contaminants !!
Hi ha dos tipus de biocarburants:

• Els biodiésels à s’obtenen a partir d’olis vegetals purs o usats (de cuinar)
• Els bioalcohols (metanol i etanol) à a partir de biomassa (fustes, canya de sucre, colza ...)