Índex 🟠
Màquines tèrmiques
1-Energia i màquines tèrmiques
Les màquines tèrmiques ens són molt familiars perquè formen part del nostre paisatge urbà:
1.1. Transformació de l'energia tèrmica en
energia mecànica
Un motor tèrmic és una màquina motriu que transforma l'energia tèrmica o calor en energia mecànica.
En les màquines de combustió externa, el combustible es crema a fora de la màquina per escalfar aigua fins a convertir-la en vapor.
En les màquines de combustió interna, el combustible es crema a l'interior del motor i l'expansió dels gasos es transforma en energia mecànica.
Hi ha motors rotatius i motors alternatius.
En les màquines de combustió externa, el combustible es crema a fora de la màquina per escalfar aigua fins a convertir-la en vapor.
En les màquines de combustió interna, el combustible es crema a l'interior del motor i l'expansió dels gasos es transforma en energia mecànica.
Hi ha motors rotatius i motors alternatius.
1.2. Energia, treball i potència
El treball és l'acció d'aplicar una o més forces sobre un cos i provocar o modificar el seu moviment. L'expressió matemàtica és: W=F·s (J)
L'energia és la capacitat de realitzar un treball.
La potència és el treball efectuat per unitat de temps. La modelització matemàtica és: P=W/∆t
El rendiment és una forma d'expressar l'eficiència d'una transformació energètica.
Totes les transformacions energètiques tenen rendiments inferiors al 100%.
1.3. El rendiment energètic
El rendiment és una forma d'expressar l'eficiència d'una transformació energètica.
Totes les transformacions energètiques tenen rendiments inferiors al 100%.
🍅
2. Màquines tèrmiques de combustió externa
2.1. La turbina de vapor rotativa
La turbina rep el vapor d'una caldera, el vapor es mou en un circuit tancat, i una vegada ha passat per la turbina, el condensador en redueix la temperatura i una bomba en forma el pas de nou cap a la caldera.
3. Màquines de combustió interna
alternatives
Hi ha dos tipus de motors: els d'encesa per guspira o de cicle Otto, i els d'encesa per compressió o de cicle dièsel. També hi han dos nombres de cicles: dos temps (2T) i quatre temps (4T).
3.1. Funcionament dels motors alternatius de 4T
A la cambra de combustió, que és a la part superior del cilindre, es produeix la transferència d'energia tèrmica.
La inflamació del combustible, empeny l'èmbol fins al punt mort inferior. El desplaçament es transmet a la biela, que fa girar la maneta, que és al cigonyal.
Quan l'èmbol és al punt mort superior, fa que els gasos cremats sortin del cilindren per la vàlvula d'escapament.
Un arbre de lleves obre i tanca les vàlvules. Hi ha un receptacle d'oli anomenat càrter. Molts elements es troben tancats al bloc motor i la culata.
A. El motor d'encesa per guspira o de cicle Otto
El motor de cicle Otto s'alimenta amb gasolina o benzina. Es pot portar a través de carburador i d'injector.
En aquest motor hi han quatre fases diferents:
1r temps: admissió
2n temps: compressió
3r temps: explosió
4t temps: escapament
B. El motor d'encesa per compressió o de cicle dièsel
El motor dièsel és un motor de 4T en què la inflamació de la mescla d'aire i de combustible es fa per compressió.
El motor dièsel és un motor de 4T en què la inflamació de la mescla d'aire i de combustible es fa per compressió.
3.2. Característiques dels motors
A. Cilindrada
La cilindrada és una característica que està relacionada amb la potència que pot lliurar i el seu.
Volum d'un cilindre: Vc = 𝝅 · r2 · c (cm3)
Volum màxim: Vmàx = Vc + Vmin (cm3)
Cilindrada del motor: Vt = Vmàx ·
nc (cm3)
B. Relació de compressió
Relació de compressió d'un motor: rc = Vmàx/Vmín (no té
unitats)
C. Potència
La potència depèn de la freqüència de rotació del cigonyal.
Les turbines de gas són utilitzades en l'accionament d'alternadors per a la producció d'electricitat, i els turboreactors són utilitzats en el camp de l'aeronàutica.
C. Potència
La potència depèn de la freqüència de rotació del cigonyal.
4. Els sistemes auxiliars
El sistema d'alimentació és el que fa arribar el combustible als cilindres en la quantitat i el moment adequats.
El sistema de refrigeració evacua l'energia tèrmica que es genera en les explosions en els cilindres per limitar la temperatura màxima del bloc motor.
El sistema d'encesa electrònica genera l'impuls d'alta tensió perquè la bugia generi la guspira just en el moment adequat.
El sistema de lubrificació redueix la fricció entre les peces en moviment i evita el seu desgast.
El sistema d'escapament és el circuit que han de seguir els gasos de la combustió des del cilindre fins a ser alliberats a l'atmosfera. El circuit té un catalitzador.
El sistema de transmissió té la funció de transmetre el moviment del motor i la seva potència als mecanismes de tracció del vehicle. L'intermediari és l'embragatge, que permet connectar o desconnectar mecànicament la transmissió del moviment del motor a la caixa de canvis.
5. Màquines de combustió interna rotatives
Les turbines de gas són utilitzades en l'accionament d'alternadors per a la producció d'electricitat, i els turboreactors són utilitzats en el camp de l'aeronàutica.
5.1 La turbina de gas de cicle obert
Les turbines de gas de cicle obert són emprades en la producció d'electricitat en centrals elèctriques alimentades amb gas.
5.2 El turboreactor
El turboreactor és una variant de la turbina de gas de cicle obert que té aplicació en el camp de l'aeronàutica. Utilitza com a combustible el querosè, que és un derivat del petroli.
🍅
6. Els
combustibles
6.1. Combustibles
fòssils. Origen, transformació i distribució
El carbó, els combustibles derivats del petroli i el gas natural són d'origen fòssil.
Fa milions d'anys, va haver-hi la fossilització.
El carbó és el recurs energètic amb més reserves que s'obté amb l'explotació o en explotacions a cel obert.
El petroli és un recurs que rau en jaciments d'on s'extreu a través de pous perforats a molta profunditat.
El gas natural s'extreu a bosses subterrànies amb un procediment similar al petroli.
Han aparegut noves tècniques d'extracció, com el fracking.
6.2. Els
derivats del petroli
Els derivats del petroli s'obtenen de la destil·lació de la cru del petroli en les refineries.
Als derivats se'ls afegeixen additius per millorar-ne les característiques. En la gasolina s'incorporen per evitar l'autodetonació.
A les gasolines es troben dos tipus de gasolina: sense plom 95 i sense plom 98. Fan referència a la capacitat antidetonant, que es mesura en octans.
6.3.
Conseqüències de l’ús dels combustibles fòssils
La combustió de les gasolines, els gasoils i els querosens genera diòxid de carboni, òxids de nitrogen i de sofre i vapor d'aigua.
El diòxid de carboni que emetem està produint l'efecte d'hivernacle. A la gràfica de sota es pot veure la relació entre la concentració de diòxid de carboni i l'escalfament global. Això està provocant un canvi climàtic. Diferents cimeres mundials han intentat buscar solucions.
Els òxids de nitrogen i de sofre són els responsables de les pluges àcides.
L'extracció dels combustibles genera problemes de risc de contaminació. Els països sense recursos energètics tenen una dependència de subministrament.
🍅 🍅
El consum mundial d'energia creix exponencialment i es fonamenta en l'ús de les energies fòssils.
Els recursos fòssils són limitats i els jaciments es van esgotant, i cada vegada costa més de trobar-ne de nous.
L'energia és un bé comú estratègic sobre el qual descansa el nostre benestar i el de les societats futures.
El diòxid de carboni que emetem està produint l'efecte d'hivernacle. A la gràfica de sota es pot veure la relació entre la concentració de diòxid de carboni i l'escalfament global. Això està provocant un canvi climàtic. Diferents cimeres mundials han intentat buscar solucions.
Els òxids de nitrogen i de sofre són els responsables de les pluges àcides.
L'extracció dels combustibles genera problemes de risc de contaminació. Els països sense recursos energètics tenen una dependència de subministrament.
🍅 🍅
6.4. El repte energètic i l'exhauriment dels combustibles fòssils
El consum mundial d'energia creix exponencialment i es fonamenta en l'ús de les energies fòssils.
Els recursos fòssils són limitats i els jaciments es van esgotant, i cada vegada costa més de trobar-ne de nous.
L'energia és un bé comú estratègic sobre el qual descansa el nostre benestar i el de les societats futures.
