Guia de Motors de Combustió i Màquines de Vapor

Introducció a les màquines tèrmiques

Les màquines tèrmiques són les que transformen l'energia tèrmica en energia mecànica.

Classificació segons la combustió

• Combustió externa:
  • Alternatives: Màquina de vapor.
  • Rotativa: Turbina de vapor.
• Combustió interna:
  • Alternatives: Encesa provocada (Otto) i encesa per compressió (Diesel).
  • Rotativa: Turbines de gas, motor Wankel i turboreactor.

Tipus de moviment mecànic

Alternatives: Incorporen un pistó que té moviment i una biela que transforma el moviment.
Rotatives: Produeixen directament el moviment de la rotació.

La màquina de vapor de James Watt

Desenvolupada per James Watt, va ser fonamental per a ferrocarrils, vaixells i fàbriques tèxtils.

Mecanisme de control: El regulador de Watt utilitzava boles que s'aixecaven gràcies a la força centrífuga; en moure's les boles, la vàlvula es tancava i disminuïa la velocitat de la màquina.

Funcionament: La caldera forma vapor d'aigua, que és conduït cap al cilindre a través del distribuïdor; això fa moure una roda a través del pistó.

Turbina de vapor

S'utilitza en centrals tèrmiques i nuclears, així com en vaixells molt pesants.

• Combustió externa: La caldera es troba a l'exterior.
• Rotativa: No utilitza cap mecanisme alternatiu (biela-manovella).
• Cicle tancat: Els gasos expulsats són reutilitzats.

Funcionament: La caldera produeix vapor, que és conduït cap a la turbina; els rodets fixos fan que giri a causa de la pressió del vapor.

El motor de 4 temps

S'utilitza principalment en automòbils. És un motor d'encesa per guspira que fa servir gasolina.

1. Admissió: La vàlvula s'obre, entra gasolina i aire. El sistema d'injecció electrònica regula la gasolina segons l'aire.
2. Compressió: La vàlvula es tanca i el pistó es desplaça cap a la part superior del cilindre, comprimint la mescla d'aire i gasolina.
3. Explosió: La guspira produïda per la bugia inflama la mescla i fa explosió; els gasos empenyen el pistó cap a la part inferior del cilindre.
4. Escapament: El pistó arriba a la part inferior i la vàlvula d'escapament s'obre.

Càlculs i dimensions del cilindre

Àrea (superfície del pistó): Ac = 3,14 * r²

Volum del cilindre: V = 3,14 * r² * cursa

Cilindrada: Vc * Nc

Volum màxim: Vmax = Vc + Vmin

Relació de compressió: Rc = Vmax / Vmin

Turbines de gas

S'apliquen en aeronaus i centres de producció energètica.

• Combustió interna: La combustió té lloc a l'interior de la màquina.
• Rotativa: Funciona amb una biela-manovella.
• Cicle obert: Els gasos de la combustió no es reutilitzen.

Funcionament: Aprofita l'energia d'uns gasos que passen a gran velocitat pels àleps que fan que giri. L'aire es comprimeix, s'injecta combustible i els gasos passen a gran velocitat fent girar la turbina abans de ser expulsats.