Anàlisi de Cicles Termodinàmics: Rankine, Otto, 4T, 2T i Refrigeració
Instal·lació de Vapor (Combustió Externa): Cicle Rankine
L'aigua, escalfada prèviament a l'economitzador (escalfant l'aigua amb els fums de la caldera), arriba a la caldera, on canvia de fase (procés isotèrmic).
El vapor passa pel reescalfador (que reescalfa el vapor que surt de la caldera gràcies als fums de la mateixa) per mantenir la temperatura (T) i la pressió (P). A continuació, arriba a la turbina, on fa girar un eix solidari per moure l'alternador.
El vapor passa al condensador (procés isotèrmic) i d’aquí a la bomba, que és l'encarregada de proporcionar pressió a l'aigua i començar el cicle. Aquest cicle s'anomena Clàusius-Rankine.
Motor de 4 Temps (4T): Cicle Otto
El motor de 4T, o cicle Otto, consta de 4 fases:
Admissió
El pistó està al PMS (Punt Mort Superior). S'obre la vàlvula d'admissió i entra l'aire. A causa del seu moviment, el pistó baixa. Quan sobrepassa el PMI (Punt Mort Inferior) i comença a pujar, es tanca la vàlvula per assegurar l'emplenament total d'aire del cilindre.
Compressió
El pistó puja per comprimir l'aire fins gairebé arribar al PMS.
Explosió
L'injector ruixa la benzina a pressions altes i la bugia fa saltar la guspira, produint-se una flama que fa explotar la mescla. El pistó pujarà fins al PMS per assegurar que tota la mescla combustioni. A causa de l'explosió, el pistó baixa fins al PMI.
Nota sobre el Cicle Dièsel
En el motor Dièsel, l'injector ruixa el dièsel a 600ºC i 3 kPa i comença l'explosió. S'injectarà dièsel fins que el pistó baixa una mica del PMS. Tenim 2 fases: 1a fase: abans d'arribar al PMS (isocor); 2a fase: després del PMS (isobàrica).
Escapament
Abans d'arribar al PMI, la vàlvula d'escapament s’obre perquè surtin els fums resultants de la combustió. El pistó arriba al PMI i, a causa de la diferència de pressió entre l'exterior i l'interior, el pistó puja cap al PMS. Una mica abans d'arribar al PMS, es tanca la vàlvula.
Diferències entre Motors 2T i 4T
El motor de 2T té espiralls en comptes de vàlvules. Aquests espiralls es tanquen i s'obren gràcies al moviment del pistó. A més, el motor de 2T no té injectors, és més petit i més lleuger, la qual cosa s'utilitza molt en ciclomotors, barques petites, etc. En aquest tipus de motor, es barreja la mescla nova amb els fums resultants. Per l'espirall d'admissió entra la mescla d'aire i combustible.
Fases del Motor 2T
Primer Temps (1rT)
El pistó puja i obre l'espirall d'admissió gràcies al seu moviment, per on entra la mescla nova d'aire i combustible. Al mateix temps, comprimeix la mescla que es troba al cilindre i la prepara per a l'explosió, tancant la vàlvula de càrrega i d'escapament.
Segon Temps (2nT)
La bugia fa saltar la guspira, la mescla explota i el pistó baixa a causa de l'explosió, obrint l'espirall d'escapament per on sortiran els fums resultants. Al mateix temps, el pistó, quan baixa, tanca l'espirall d'admissió i obre l'espirall de càrrega que envia la nova mescla cap al cilindre. Aquest últim fet provoca que es barregin la mescla nova amb els fums, d’aquí el seu baix rendiment.
Sobrealimentació: Augment de Potència
La sobrealimentació és un sistema que aprofita els fums d'escapament mitjançant una doble turbina per augmentar la potència del motor.
Els fums d'escapament mouen una primera turbina col·locada al final de la conducció. Aquesta turbina fa girar solidàriament l'eix sobre el qual està muntada, i aquest eix fa girar una segona turbina compressora, que força l'entrada d'aire de l'exterior a més de comprimir-lo.
En comprimir l'aire, la temperatura puja i pot provocar una autodetonació abans que salti la guspira de la bugia. Per evitar-ho, s'incorpora un dispositiu anomenat intercooler que refrigera l'aire.
Cicle Frigorífic (Consumidors d'Energia Mecànica)
Aquest cicle funciona gràcies a un fluid refrigerant (HFC o CFC, tot i que el CFC està en desús, ja que destrueix la capa d'ozó). Aquests fluids tenen una elevada calor latent de vaporització (Lv).
Fases del Cicle de Refrigeració
Compressió (1-2)
El gas a baixa pressió passa per un compressor que treballa de forma adiabàtica, augmentant la pressió del gas.
Condensació (2-3)
El gas a alta pressió passa pel condensador, que treballa de forma isotèrmica i allibera la calor latent a l'exterior (Qh). El gas passa a líquid a alta pressió.
Expansió (3-4)
El líquid a alta pressió passa per la vàlvula d'expansió i el capil·lar, que treballen de forma adiabàtica i fan baixar la pressió.
Evaporació (4-1)
El líquid a baixa pressió passa per l'evaporador, que treballa de forma isotèrmica i passa a gas a baixa pressió, començant de nou el cicle.
Coeficient d'Operació (COP)
Un frigorífic es defineix a partir del seu coeficient d'operació (COP):
COP = Qc / W > 1
COPC = Tc / (Th - Tc)