Màquines Tèrmiques: Principis, Tipus i Rendiment
Màquines Tèrmiques
Les màquines tèrmiques són dispositius que converteixen l'energia tèrmica en energia mecànica mitjançant la combustió d'una energia primària.
Principi de funcionament
El funcionament de les màquines tèrmiques es basa en la combustió d'un combustible per transformar l'energia tèrmica resultant en energia mecànica.
Transformació de l’energia
Combustible → Energia tèrmica → Màquina tèrmica (amb pèrdua d'energia tèrmica) → Energia mecànica.
Màquines tèrmiques generadores d’energia mecànica (motors)
- De combustió externa:
- Alternatives (màquines de vapor).
- Rotatives (turbines de vapor).
- De combustió interna:
- Alternatives (d’encesa provocada, Otto, o per compressió, dièsel).
- Rotatives (turbines de gas de cicle obert, Motor Wankel).
Conceptes clau: Treball, Energia i Potència
- Treball: És l'acció d'aplicar una o més forces sobre un cos provocant o modificant el seu moviment. Es calcula com W = F·s (Treball = Força · desplaçament). La unitat de treball és el Joule (Newton · metre).
- Energia: És la capacitat de realitzar un treball. L'energia també es mesura en Joules.
- Potència: És el treball efectuat per unitat de temps. Com més ràpid es realitza el treball, major és la potència. Es calcula com P = W / Δt (Potència = Treball / Interval de temps). La unitat de potència és el Watt (Joule / Segon).
Rendiment
El rendiment és l'eficàcia de la transformació energètica. Els motors tèrmics generalment tenen un rendiment baix, mentre que els motors elèctrics assoleixen rendiments alts, al voltant del 90%. Cap transformació energètica té un rendiment del 100%.
La relació es pot expressar com: Energia d’entrada (Ee) → Màquina tèrmica (Energia perduda, Ep) → Energia útil (Eu).
El càlcul del rendiment (η) és: η = (Eu / Ee) · 100, on Eu = Ee - Ep.
Màquines tèrmiques de combustió externa
- La turbina de vapor rotativa és fonamental per a l'obtenció d'energia elèctrica en centrals tèrmiques (alimentades per carbó, fuel, gasoil, gas natural) i en centrals nuclears. Les turbines d'acció i reacció són les més habituals.
Màquines de combustió interna alternatives
- Aquestes màquines realitzen la combustió dins seu. Es classifiquen principalment en màquines de 2 temps (2T) i de 4 temps (4T).