Màquines Tèrmiques: Tipus i Funcionament

Màquines Tèrmiques Consumidores d'Energia Mecànica

Les màquines tèrmiques consumidores d'energia mecànica treballen entre dues fonts tèrmiques a diferent temperatura: una de temperatura baixa, de la qual s'extreu la calor, i una de calenta, a la qual se'n cedeix.

Màquina Frigorífica o Refrigerador

Funciona amb un circuit tancat, en el qual un gas es comprimeix, fet que el fa condensar, i després es vaporitza. Durant la vaporització, s'extreu calor de l'espai que cal refrigerar i, en la condensació, se'n cedeix cap a l'exterior (font calenta). Es duen a terme els següents cicles:

1. D'1 a 2: El compressor aspira el gas procedent de l'evaporador, disminueix la pressió i s'accelera la vaporització. D'altra banda, el comprimeix adiabàticament cap al condensador.
2. De 2 a 3: El gas es liqua al condensador i cedeix calor. Es produeix una compressió isotèrmica a causa del canvi d'estat en què se cedeix la calor latent de vaporització a la font calenta i, per això, es manté la temperatura.
3. De 3 a 4: Hi ha una expansió adiabàtica al tub capil·lar situat després d'una vàlvula d'expansió a la sortida del condensador. La temperatura del líquid disminueix, i també la pressió, amb la qual cosa comença a vaporitzar-se.
4. De 4 a 1: Es produeix una altra expansió, aquest cop isotèrmica, a l'evaporador, i és aquí on es du a terme la refrigeració. Durant l'expansió, el líquid es vaporitza, per la qual cosa absorbeix la calor de l'ambient.

La Bomba de Calor

És essencialment un refrigerador on s'aprofita la calor cedida al condensador per escalfar un recinte. S'anomena bomba perquè "bombeja" calor des d'una font freda a una de calenta. També pot actuar a la inversa, com a refrigerador.

Màquines de Combustió Interna Rotatives

Motor Wankel

Du a terme els mateixos cicles que un motor Otto, però l'un darrere l'altre en una sola rotació de l'eix motriu. Durant un gir del rotor, es duen a terme tres admissions, tres compressions, tres explosions i tres escapaments. Per fer-ho, el motor duu un rotor en forma de triangle equilàter amb els costats corbats cap enfora, que gira excèntricament dins d'una superfície interior que té la forma d'una cambra ovalada. Els vèrtexs del rotor duen unes barres prismàtiques que fan pressió damunt la concavitat de la cambra i asseguren l'estanquitat d'un costat del rotor a l'altre.

Turbines de Gas de Cicle Obert

Uns gasos passen a gran velocitat pels àleps d'una turbina i la fan girar. Per això, mitjançant un conducte, s'aspira l'aire i es comprimeix dins d'una cambra on s'injecta el gas o un combustible líquid vaporitzat que, barrejat amb l'aire, inicia la combustió. Els gasos produïts en la combustió surten a gran velocitat, passen per la turbina i la fan girar. Sobre el mateix arbre de la turbina està muntat el compressor, de manera que part del treball efectuat pels gasos a la turbina s'inverteix en l'accionament del compressor. Els cicles es porten a terme de manera continuada; només cal una espurna a la cambra de combustió en el moment de posada en marxa del motor.

Turboreactor

És una variant de les anteriors. En aquest motor, hi ha una admissió d'aire que és comprimit per un compressor solidari a l'eix de la turbina i dirigit dins la cambra de combustió, on, barrejat amb el combustible, es du a terme una combustió continuada. Els gasos generats a gran velocitat i alta temperatura són expulsats cap a l'exterior tot passant pels àleps de la turbina, que gira solidària a l'eix del compressor.

Motor de 4 Temps (4T)

Utilitzen la gasolina com a combustible.

• Admissió: Quan el pistó ha baixat una mica, les vàlvules, que estaven tancades, s'obren. Es crea una depressió que provoca l'entrada d'aire provinent de l'exterior. Les vàlvules es tanquen una mica després del PMI (Punt Mort Inferior).
• Compressió: Tancada la vàlvula d'admissió, amb el moviment ascendent del pistó, comença la compressió fins una mica abans del PMS (Punt Mort Superior).
• Explosió: Abans d'arribar al PMS, s'injecta gasolina dins el conducte d'admissió o directament a la cambra de combustió mitjançant injectors controlats electrònicament. Es provoca l'explosió amb una guspira elèctrica (bugia), que inflama la mescla. La pressió i la temperatura augmenten. Els gasos empenyen amb força el pistó cap al PMI. El fet que l'explosió comenci una mica abans del PMS és perquè la combustió de la mescla gasosa no és instantània.
• Escapament: Abans que el pistó hagi arribat al PMI, s'obren les vàlvules d'escapament i comencen a sortir els gasos de la combustió.

Motor de 2 Temps (2T)

L'admissió i la compressió són simultànies, com l'explosió i l'escapament. Un motor de 2T hauria de tenir el doble de potència que un de 4T, ja que a cada volta del cigonyal es produeix un cicle. A la pràctica, però, això no és així, ja que els gasos d'admissió entren al mateix temps que surten els de l'explosió i es barregen, perquè els espiralls de càrrega i escapament sempre estan oberts i els tanca el pistó segons la seva posició. No duen vàlvules ni arbre de lleves, pesen poc, són econòmics i molt indicats per accionar màquines de poca potència.