Màquines Tèrmiques: Funcionament i Classificació

Màquines Tèrmiques

Una màquina tèrmica és un dispositiu que estableix intercanvis de calor i treball amb el seu entorn, transformant una substància mitjançant un procés cíclic. Al final de cada cicle, la substància retorna al seu estat original. Pot funcionar com a motor, convertint calor en treball, o com a refrigerador o bomba de calor, convertint treball en calor.

Transformació d'Energia

Les màquines tèrmiques transformen l’energia mecànica en energia tèrmica, i viceversa. Si converteix la calor en treball, funciona com a motor. Si converteix el treball en calor, actua com a bomba de calor.

Història

A finals del segle XVIII, durant la Revolució Industrial, va aparèixer la primera màquina tèrmica: la màquina de vapor.

Classificació de les Màquines Tèrmiques

Segons la Combustió

• Combustió externa: L’energia és produïda per la combustió que es genera a l’exterior de la màquina. El treball motriu s’obté a través d'uns dispositius.
• Combustió interna: La reacció del combustible es produeix a l’interior de la màquina, i els gasos resultants generen el treball motriu.

Segons el Moviment

• Alternatives: Incorporen un pistó amb moviment rectilini i una biela-manovella, que transforma el moviment en rotació.
• Rotatives: Provoquen un moviment de rotació directament.

Tipus de Motors

• Motors d’explosió (o de cicle Otto): Utilitza l'explosió d'un combustible, provocada mitjançant una espurna, per expandir un gas i empènyer un pistó.
• Motors dièsel: Utilitzen la calor de la compressió per encendre el combustible.

Exemples de Màquines Tèrmiques

Màquina de vapor alternativa

Va sorgir durant la Revolució Industrial (James Watt, 1769). El segle XIX va ser anomenat el segle del vapor. A Catalunya, la van introduir els metges barcelonins Francesc Santponç i F. Salvá. El 1805, Santponç va construir la primera màquina de vapor catalana. El vapor produit per la caldera a alta pressió era conduït cap al cilindre a través del distribuidor, que distribuïa el vapor a banda i banda del cilindre, exercint una força sobre el pistó. Mitjançant la biela-manovella, el pistó accionava la roda motriu.

Motor Wankel

En un gir de l’eix motriu es duen a terme els quatre temps del cicle Otto. Va ser inventat per Felix Wankel el 1963.

Màquina de vapor rotativa

Utilitzen turbines de vapor per accionar generadors o hèlixs propulsores. El vapor és conduït cap a la turbina, on unes toveres l'obliguen a girar una roda. Són les màquines més potents creades per la humanitat.

Màquines de combustió interna alternativa

Realitzen la combustió interna sense usar un element intermedi com el vapor. La combustió es produeix dins del cilindre. Hi ha el motor de cicle Otto i el de cicle dièsel, ambdós poden ser de 4T o 2T.

Motor de 4T (Nikolaus Otto, 1876)

1. Admissió: El pistó baixa, s'obre la vàlvula d'admissió i entra el combustible.
2. Compressió: La vàlvula es tanca i el pistó puja, comprimint el combustible.
3. Explosió: Una guspira provoca l'explosió, empenyent el pistó cap avall.
4. Escapament: El pistó puja, s'obre la vàlvula d'escapament i surten els gasos.

Motor de 2T

Més senzills, usen gasolina barrejada amb oli. Combinen els temps d'admissió i compressió, i els d'explosió i escapament.

Motor dièsel (Rudolf Diesel)

No necessita guspira per a l'explosió. Primer entra aire, que es comprimeix, i després s'injecta el gasoil, que s'encén per la calor de la compressió.

Refrigerador

El compressor comprimeix els gasos, que es liquen al condensador cedint calor. Després, el líquid s'expandeix i es vaporitza a l'evaporador, absorbint calor de l'ambient.