1º Bat. AOscar Oliver Obiol

Introducció

Les màquines tèrmiques són un dispositiu capaç de transformar el calor en energia mecànica. El calor per fer funcionar una màquina tèrmica ve de la combustió d’un combustible o de proces-sos nuclears. Aquest calor es absorbit per un fluït que al expandir-se posa en moviment les diverses peces de la màquina transferint el calor del depòsit amb més temperatura al de menys.

Introducció

Aquest fet constitueix la regla general de tota màquina tèrmica i dona lloc a la definició del paràmetre característic de cada màquina: el rendiment. Es defineix com el coeficient (ŋ) entre el treball efectuat (W) i el calor emprat(Q) per aconseguir-ho.

ŋ=W/Q

Màquina de vapor La màquina de vapor va ser molt utilitzada

durant la Revolució Industrial. El seu desenvolupament a tingut un paper rellevant per moure màquines i aparells tan diversos com bombes, locomotores, motors marins, etc. Les màquines de vapor modernes són turbomàquines i són utilitzades per a la generació de l’energia elèctrica.

Màquina de vapor

La màquina de vapor utilitza un motor de combustió externa que transforma l’energia tèrmica del vapor d’aigua en energia mecànica.

Steam_engine_in_action.gif

Màquina de vapor

El cicle de treball es realitza en dos etapes:

Es genera vapor d’aigua en una caldera, el qual produeix una expansió de volum al cilindre espentejant el pistó. Amb el mecanisme de biela-manivela es transforma el moviment lineal per un de rotació.

Màquina de vapor

El vapor a pressió es controlat per una sèrie de vàlvules de entrada i sortida que regulen els fluxos del vapor.

Cicle d’Otto

El cicle Otto és el cicle termodinàmic ideal que s’aplica als motors de combustió interna. Se caracteritza perquè tot el calor s’aporta a volum constant.

Hi ha dos tipus, el de quatre temps (4T) i el de dos temps (2T)

Cicle d’Otto 4T

1- Temps d’admissió 2- Temps de compressió 3- Temps d’explosió 4- Temps d’escapament

El Ciclo Otto (cuatro tiempos)

Cicle d’Otto 2T

1- Admissió i compressió 2- Explosió i escapament

motor 2 tiempos

Dièsel

Va ser inventat i patentat per Rudolf Diesel el 1895. Era el primer motor para biocombustible, ara s’usa gasoil.

El motor dièsel és un motor tèrmic de combustió interna. L’explosió s’aconsegueix per les condicions de temperatura i pressió a que es sotmet el combustible.

Motor 4 tiempos (explicacion)

Motor Wankel

El motor Wankel va ser inventat per Felix Wankel el 1924.

És un tipus de motor de combustió interna que utilitza rotors en comptes de pistons. Eren interessants pel seu funcionament suau, silenciós i fiable.

Motor Wankel

En aquest tipus de motors es desenvolupen també els 4 temps però a llocs diferents de la carcassa.

Wankel_Cycle_anim_es.gifW

1º Principi de la termodinàmica

En un sistema tancat adiabàtic que evoluciona de un estat inicial a un altre estat final, el treball realitzat no depèn del tipus de treball ni del procés seguit.

Q=ΔU+W

2º Principi de la termodinàmica

El calor sempre flueix des d’un cos calent a un altre de fred espontàniament, però no a l’inrevés.

El treball es pot convertir directament i íntegrament en calor, però no a l’inrevés.

2º Principi de la termodinàmica

La quantitat d’entropia (ΔS) de qualsevol sistema aïllat termodinàmicament tendeix a incrementar-se amb el temps. L’energia d’un sistema tendeix a dividir-se per igual fins que el sistema assoleix l’equilibri tèrmic.

ΔS=|Qi|/Ti

3º Principi de la termodinàmica

Ens diu que és impossible assolir una temperatura igual al ZERO absolut mitjançant un número finit de processos físics.

Cicle de Carnot

Al principi del segle XIX, l’enginyer Sadi Carnot va formular la hipòtesis següent:

Cap màquina tèrmica que funcioni entre dues fonts tèrmiques determinades no pot tenir una eficiència superior a la d’una màquina tèrmica reversible que funcioni entre les mateixes fonts.

Cicle de Carnot

El cicle de Carnot consta de quatre parts: Dos processos isotèrmics i Dos d’adiabàtics.

Cicle de Carnot

Expansió isoterma (1-2): partint del gas al mínim de volum i a temperatura de la font calenta es passa a

L’expansió adiabàtica (2-3): l’expansió isoterma s’acaba en un punt on la resta de l’expansió es pugui realitzar sense intercanvi de calor.

Cicle de Carnot Compressió isoterma (3-4): es posa en

contacte amb el sistema la font de calor i el gas comença a comprimir-se, però sense augmentar la seva temperatura perquè va cedint calor a la font freda.

Compressió adiabàtica (4-1): aïllat tèrmicament, el sistema evoluciona comprimint-se i augmentant la seva temperatura fins a l’estat inicial.

Turbines de gas

L’ús pràctic es va desenvolupar a diferents llocs. El 1939:

Per generar electricitat. Fou desenvolupada per la Brown Boveri Company i va funcionar per primera vegada a Suïssa.

Es va fer el primer vol propulsat amb turbina de gas a Alemanya, gràcies al treball de Hans von Ohain.

Turbines de gas

És una màquina tèrmica a la que té lloc una combustió continuada. La configuració de les turbines de gas consta d’una cambra de combustió que aprofita l’energia química d’un flux continu de combustible i de dos etapes de turbomàquines: compressor i turbina.

Turbines de gas

Usos de les turbines de gas:

Turbines de gas per aviació. Turbines industrials per a generació

d’electricitat. Turbines de gas per a vehicles.

Turboreactor

Un turboreactor és un motor de funcionament continuo, a diferència dels motors alternatius.

Turboreactor

Grans compressors porten enormes volums d’aire per a comprimir-los. Un cop obtingut l’aire comprimit, s’introdueix a cambres de combustió per proporcionar-li energia.

Turbines de gas: Turboreactor

L’aire a major pressió i temperatura es trasllada fins la turbina. Allí s’expandeix i aconsegueix l’energia necessària per moure el compressor.

Finalment, l’aire passa per l’escapament, on s’accelera fins la sortida, de manera que la pressió es transformi en velocitat.

FI

ALGUNA PREGUNTA?