Motors Tèrmics: Cicle Otto, Dièsel, Wankel i Termodinàmica

Motors Tèrmics: Cicle Otto, Dièsel i Wankel

La màquina de combustió interna alternativa més emprada és el motor de 4 temps que segueix el cicle Otto. Els motors de 4T utilitzen la gasolina com a combustible i transformen l'energia tèrmica impulsant el pistó que transforma el seu moviment alternatiu en circular mitjançant un mecanisme biela-maneta.

Funció del Motor de 4 Temps

1. Admissió: Comença quan el pistó ha baixat una mica respecte al PMS (Punt Mort Superior).
2. Compressió: Un cop tancada la vàlvula d'admissió, amb el moviment ascendent el pistó comença la compressió fins una mica abans que el pistó arribi al PMS.
3. Explosió: Abans d'arribar al PMS, s'injecta la gasolina dins el conducte d'admissió o directament a la cambra de combustió on hi ha l'aire comprimit anteriorment.
4. Escapament: Abans que el pistó hagi arribat al PMI (Punt Mort Inferior), s'obren les vàlvules d'escapament i comencen a sortir els gasos de la combustió.

Motor Wankel

Avantatges: No produeix moviments alternatius i per tant vibracions, i es produeixen 3 explosions en una sola rotació. El motor Wankel no ha reeixit a causa dels problemes d'estanquitat de les subcambres i dels problemes de refrigeració i lubrificació, que fan que tingui una vida útil curta.

Diferències entre Motors de 4T i 2T, i Cicles Otto i Dièsel

Quines són les diferències més importants entre un motor de 4T i un de 2T? I entre un motor de cicle Otto i un de dièsel?

Solució: En un motor de 4T el cicle està format, com el nom indica, per 4 temps separats: admissió, compressió, explosió o expansió i escapament. Hi ha, per tant, 1 temps o fase de treball positiu per cada 2 voltes del cigonyal i l'entrada i sortida de gasos es produeix a través de vàlvules situades normalment a la culata del motor.

En un motor de 2T hi ha els mateixos temps, però l'admissió i la compressió s'esdevenen simultàniament a l'explosió i l'escapament. Hi ha una fase de treball positiu per cada volta de cigonyal i l'entrada i sortida de gasos es duu a terme mitjançant uns espiralls situats a les parets del cilindre. En general, els motors de 2T són més senzills i econòmics, però la seva utilització es limita a baixes potències.

En els motors Otto, l'encesa es duu a terme mitjançant una guspira elèctrica provocada per una bugia. Mentre que en els motors dièsel l'encesa es duu a terme espontàniament, gràcies a l'elevada temperatura que resulta d'una compressió molt més elevada que en els Otto, per això se'ls anomena motors d'encesa per compressió.

Turbina de Gas de Cicle Obert

Com funciona una turbina de gas de cicle obert?

El funcionament de les turbines de gas de cicle obert es basa en l'energia cinètica d'uns gasos que passen a gran velocitat pels àleps d'una turbina obligant-la a girar. Per això a través d'un conducte s'aspira aire i es comprimeix dins una cambra on s'injecta el gas o un combustible líquid polvoritzat que, barrejat amb l'aire, inicia la combustió. Els gasos produïts en la combustió surten a gran velocitat per la turbina i fent-la girar. Sobre el mateix arbre de la turbina va muntat el compressor, de manera que part del treball efectuat pels gasos a la turbina s'inverteix en l'accionament del compressor. Llavors, l'entrada d'aire, la compressió, la combustió i l'expansió es duen a terme de manera continuada; només cal una guspira a la cambra de combustió en el moment de la posada en marxa del motor. El treball s'obté a l'arbre solidari a la turbina i al compressor que es pot acoblar a un alternador o qualsevol altre dispositiu.

Bomba de Calor

Què és i com funciona una bomba de calor?

La bomba de calor és essencialment un refrigerador en el qual s'aprofita la calor cedida al condensador per escalfar un recinte, actuant com un sistema de calefacció. El fet que s'anomeni bomba, es deu al fet que bombeja calor des d'una font freda a una calenta. Tanmateix, també pot actuar a l'inrevés, com a refrigerador. Així, existeixen sistemes que a l'hivern cedeixen la calor del condensador a un corrent d'aire i escalfen una estança. A l'estiu es fa passar l'aire per l'evaporador i s'obté una refrigeració.

Màquines Reversibles i Irreversibles

Quines són les diferències entre una màquina reversible i una d'irreversible?

Una màquina reversible té un rendiment segons el segon principi del 100 %; és a dir, el seu rendiment és igual al d'una màquina de Carnot que treballi entre les mateixes temperatures: un focus fred a Tc i un focus calent a Th. No existeixen irreversibilitats produïdes per friccions o transferències de calor a l'exterior.

En una màquina irreversible, però real, hi ha processos irreversibles i el seu rendiment és sempre inferior a ηc.

Funcionament d'una Màquina Frigorífica

Descriu el funcionament d'una màquina frigorífica i indica les transformacions termodinàmiques que hi intervenen.

Una màquina frigorífica és una màquina tèrmica ideal que inverteix el sentit del cicle, de tal forma que consumint una determinada quantitat de treball, absorbeix calor del focus fred i cedeix calor al focus calent.

Motors Wankel vs. Motors Alternatius

Descriu el funcionament dels motors Wankel i compara'l amb el dels alternatius.

En els motors Wankel no existeix el mecanisme alternatiu biela-manovella per produir el moviment circular en l'arbre de sortida, sinó que un rotor en forma triangular de cantons corbats gira excèntricament i provoca el moviment a través d'un engranatge interior amb un d'exterior situat a l'arbre de sortida, per això el motor Wankel és un motor rotatiu. A més, en aquests motors es produeixen tres explosions en una volta de l'arbre motriu, o sigui, 3 fases de treball, i per això teòricament són molt més eficients.

Instal·lació de Vapor

Descriu el funcionament i les parts d'una instal·lació de vapor.

Una instal·lació de vapor consta de les parts: un generador de vapor, una turbina, un condensador i una bomba. El generador de vapor consta d'una font tèrmica o cremador, una caldera i un rescalfador. El cremador, a partir de la combustió de carbó, fuel, gas, etc., subministra la calor necessària per produir vapor en escalfar l'aigua continguda dins una caldera. El vapor passa llavors al rescalfador, on augmenta la seva temperatura i la seva pressió, abans de ser lliurat a la turbina on s'expansiona i produeix el treball, que s'utilitzarà per accionar un generador d'electricitat, etc. El vapor a menys temperatura i pressió surt de la turbina i passa al condensador on, un cop refrigerat, es condensa i s'obté aigua líquida. A través de la bomba l'aigua és impulsada de nou cap a la caldera per iniciar un nou cicle. Abans, però, passa per l'economitzador, on rep un preescalfament.

Entropia

És possible crear entropia? I destruir-la?

D'entropia se'n genera constantment, ja que totes les màquines reals en generen, com també molts processos naturals, com ara l'erupció d'un volcà. En canvi, és impossible destruir-la, ja que els processos que la generen són irreversibles, de manera que l'entropia de l'Univers augmenta.

Principis de la Termodinàmica

2n Principi de la Termodinàmica: La calor flueix sempre des d'un cos calent a un altre de fred espontàniament, però no a l'inrevés; per fer-ho cal efectuar un treball per mitjà de determinats dispositius. El treball es pot convertir directament i íntegrament en calor, però per convertir la calor en treball calen dispositius, que, a més, no ho faran mai íntegrament. Els dispositius capaços d'extreure la calor d'un cos fred i cedir-lo a un de calent o de convertir la calor en treball són les màquines tèrmiques.

Màquina Tèrmica Reversible: Funciona cíclicament de manera que, quan evoluciona d'un estat a un altre, pot efectuar el camí invers sense pèrdues d'energia.

Entropia: És una magnitud termodinàmica definida originàriament com a criteri per tal de predir l'evolució dels sistemes termodinàmics.

Màquines Tèrmiques Generadores d'Energia Mecànica:

• Reben calor d'una font d'alta temperatura.
• Transformen en treball una certa quantitat de la calor que reben.
• Alliberen una certa quantitat de calor a una font de baixa temperatura.
• Operen dins d'un cicle.