MÀQUINES TÈRMIQUES
Silvia Mejías Tarancón
James Watt
(1736-1819)
“Dues idees van suposar la creació de la
primera màquina de vapor que va fer
moure locomotores, telers, rodes de
vaixells, etc i es va iniciar la revolució
industrial:
1. una vara
metàl·lica que
unia l'èmbol amb
una roda
2. va afegir un espai
on el vapor es
condensava

ÍNDEX
1. ENERGIA, TREBALL, POTÈNCIA I RENDIMENT
2. MÀQUINES TÈRMIQUES
2.1. Màquina de vapor
2.2. Turbina de vapor
2.3. Motor de combustió interna: parts
2.4. Motor 4T i 2T
2.5. Turbina a gas
2.6. Motors a reacció

Energia
tèrmica
Energía
tèrmica
perduda
Combustible
(Energía
química)
Màquina
tèrmica
Energia
mecànica
TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA
• Els motors tèrmics transformen l'energia química
d'un combustible en energia de moviment, en
energia mècanica.
• Es produeix en els motors a través d'un conjunt
de mecanismes.

• El treball és l’acció d’aplicar una força o més sobre un cos
per desplaçar-lo o modificar-ne el moviment.
• L'expressió matemàtica de treball és: W=F·s (J) on W és el
treball expressat en joules (J), F és la força aplicada, en
newtons (N) i s és el desplaçament del cos, en metres (m).
• La unitat de treball és el Joule (J), equival al trebal realitzat
per una força d'un newton que , aplicada a un cos, li
provoca un desplaçament d'un metre.
• La capacitat per fer un treball l’anomenem energia.
TREBALL I ENERGIA
1 joule= 1 newton · 1 metre

• La potència és la quantitat de treball efectuat per unitat de
temps. Dóna idea de la rapidesa amb què es pot realitzar un
treball.
• La fórmula matemàtica de potència és:
• On P es la potència en watts; W, el treball en joules; i Δ𝑡, i
l’interval de temps en segons en el qual es fa el treball.
• Fixa’t que la unitat de potència és el watt (W):
• Si un mateix treball es fa amb menys temps, la capacitat de
realitzar-lo és més gran; per tant, la potència de la màquina
és més elevada.
• El cavall de vapor (CV) és una unitat de mesura de la
potència que no forma part del sistema internacional
d’unitats.
1 CV equival a 735,5 W
POTÈNCIA

• El rendiment és l'eficàcia de transformació
energética i és una forma d'expressar
l'eficiència d'una transformació energètica, que
s'obté de relacionar útil (Eu) amb l'energia
d'entrada (Ee). Es multiplica per 100 per obtenir
el %.
• Els motors tèrmics tenen un rendiment baix i pot
variar entre un 15% i un 40%, en canvi, els motors
elèctrics tenen un rendiment alt, al voltant del 90%.
• Totes les transformacions energètiques tenen un
rendiment inferior al 100%.
h =
𝐸𝑢
𝐸𝑒
· 100
Eu = 𝐸𝑒 − 𝐸𝑝
RENDIMENT
h =
𝑊𝑢
𝑊𝑒
· 100
h =
𝑃𝑢
𝑃𝑒
· 100

CLASSIFICACIÓ DE MÀQUINES TÈRMIQUES
Classificació depenent d’on es crema el combustible:
• Màquines de combustió externa: es crema a fora de la
màquina per escalfar aigua fins a convertir-la en vapor. El vapor
a pressió es condueix al mecanisme que transforma la seva
força en energia mecànica.
• Màquines de combustió interna: es crema a l'interior del motor
i l'expansió dels gasos es transforma en energia mecànica.
Classificació segons el mecanismes utilitzats:
• Motors rotatius: La conversió de l'energia tèrmica en un
moviment motriu es produeix en mecanismes rotatius, sense
intermediaris.
• Motors alternatius: La primera transferència d'energia es
produeix sobre un element, anomenat èmbol, que té un
desplaçament rectilini alternatiu, d'anada i tornada, que s'ha
de convertir en giratori a través d'un sistema de biela-
manovella.

CLASSIFICACIÓ DE MÀQUINES TÈRMIQUES
Màquines de vapor
Màquines
tèrmiques
generadores
d’energia
mecànica
(motors)
De combustió
externa
Alternatives
Rotatives
Alternatives
Rotatives
Turbines de vapor
De combustió
interna
D’encesa
provocada (Otto)
D’encesa per
compressió (dièsel)
Turbines de gas de cicle
obert, motor Wankel

MÀQUINA COMBUSTIÓ EXTERNA ALTERNATIVA
MÀQUINA DE VAPOR

MÀQUINA COMBUSTIÓ EXTERNA ALTERNATIVA
MÀQUINA DE VAPOR
• La va inventar Watt i es va utilitzar en vaixells, trens i màquines
industrials.
• El vapor produït en una caldera s'introdueix a pressió en un cilindre,
desplaçant el pistó en un moviment de vaivé. Mitjançant el
mecanisme biela-manovella, es pot convertir en moviment giratori.

MÀQUINA DE VAPOR
DISTRIBUÏDOR DE UN CILINDRE DE DOBLE EFECTE

MÀQUINA DE VAPOR
CORREDERA FUNCIONAMENT

MÀQUINA DE VAPOR
EL REGULADOR CENTRÍFUG O DE WATT

MÀQUINA COMBUSTIÓ EXTERNA ALTERNATIVA
MÀQUINA DE VAPOR

La transformació d’energia calorífica en energia mecànica
es du a terme fora de la màquina, generalment per
escalfar aigua, transformar-la en vapor i, amb la pressió
d’aquest, moure una turbina.
MÀQUINA COMBUSTIÓ EXTERNA ROTATIVA
TURBINA DE VAPOR

MÀQUINA COMBUSTIÓ EXTERNA ROTATIVA
TURBINA DE VAPOR

MÀQUINA COMBUSTIÓ EXTERNA ROTATIVA
TURBINA DE VAPOR

MÀQUINA COMBUSTIÓ EXTERNA ROTATIVA
TURBINA DE VAPOR

MOTORS DE COMBUSTIÓ INTERNA
• El combustible es crema dins d'un cilindre.
• La pressió dels gasos produïts empeny un pistó (o èmbol)
• El pistó va unit mitjançant una biela a un cigonyal, que fa
la funció de manovella i d'aquesta manera es transforma el
moviment rectilini en giratori.

MOTORS DE COMBUSTIÓ INTERNA

MOTORS DE COMBUSTIÓ INTERNA
CILINDRES
Normalment, excepte motors de petita potència, els motors
de combustió tenen diversos cilindres (4, 6 o més) en
paral·lel o en V.

MOTORS DE COMBUSTIÓ INTERNA
PARTS: BLOC I CULATA

ELEMENTS ESTRUCTURALS O FIXOS DEL MOTOR
BLOC

ELEMENTS ESTRUCTURALS O FIXOS DEL MOTOR
CULATA
• La culata és la peça que
tanca el bloc per la part
superior.
• La culata i el bloc van units
per les superfícies
perfectament planes amb
interposició d’una junta,
anomenada junta de
culata, que es caracteritza
pel seu disseny tecnològic.
• Estan units per uns perns
roscats que asseguren
l’estanquitat entre culata i
bloc.

ELEMENTS ESTRUCTURALS O FIXOS DEL MOTOR
TAPA DE CULATA
La tapa de culata o de balancins és la que s’encarrega de fer
el tancament estanc de la part alta de la culata.

ELEMENTS ESTRUCTURALS O FIXOS DEL MOTOR
EL CARTER
• El CÀRTER és la tapa
que tanca el bloc motor
per la seva part inferior
de forma estanca.
• Té la missió de fer de
dipòsit d’oli, refrigerant-
lo lleugerament.
• Allotja el tap de
buidatge per realitzar el
canvi d’oli i pot allotjar
sensors de temperatura,
nivell d’oli, etc.

MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVES
MOTORS DE COMBUSTIÓ: ÈMBOLS I BIELES
MOTORS DE COMBUSTIÓ INTERNA
PARTS: ÈMBOLS I BIELES

TREN ALTERNATIU DEL MOTOR
• El tren alternatiu està format pels elements mòbils del
motor.
• Són els encarregats de transformar l’energia química del
combustible en energia mecànica.

TREN ALTERNATIU DEL MOTOR
PISTÓ O ÈMBOL I SEGMENTS

CILINDRADA D’UN MOTOR
• La cilindrada és una característica dels motors
que està relacionada amb la potència que pot
lliurar i el seu consum.
• El volum d’un cilindre (Vc) es calcula a partir
del seu radi (r) i de la cursa (c). La cursa és la
distància màxima que recorre l’èmbol: entre el
PMS i el PMI.
• La cilindrada del motor (Vt) dependrà del
nombre de cilindres (nc) que tingui
• El volum màxim d’un cilindre (Vmàx) es
calcula sumant el volum del cilindre (Vc) i el
volum de la cambra de combustió (Vmín)
• La relació de compressió (rc) d’un motor es
calcula amb el quocient entre el volum màxim
(Vmàx.) i el volum de la cambra de combustió
(Vmín)
• En els motors Otto, la rc està entre 8:1 i 11:1 i
en els dièsel pot arribar a 22:1

TREN ALTERNATIU DEL MOTOR
BOLÓ
• El boló és l’eix a
través del qual
s’uneixen el pistó i
el peu de la biela.
• S’hi transmet tota la
força de la
combustió.

MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVES
MOTORS DE COMBUSTIÓ: BUGIES I VÀLVULES

MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVES
MOTORS DE COMBUSTIÓ: ARBRE DE LLEVES I CIGONYAL

TREN ALTERNATIU DEL MOTOR
BIELES
La biela és la peça
que transmet la
força del pistó al
cigonyal i és clau
en la transformació
del moviment lineal
alternatiu del
pistó en un
moviment de
rotació del
cigonyal.

TREN ALTERNATIU DEL MOTOR
CIGONYAL
• El cigonyal és un arbre
motor, on s’allotgen
tants colzes com
cilindres tingui el
motor.
• La força de la combustió
que rep a través de les
bieles es converteix en
un parell que fa girar el
cigonyal.

TREN ALTERNATIU DEL MOTOR
CASQUETS DE FRICCIÓ O SEMICOIXINETS
• Els casquets de fricció o
semicoixinets són elements que
s’interposen entre les
monyequetes de bancada del
cigonyal i la bancada pròpiament
dita i entre les monyequetes de
biela del cigonyal i les bieles.
• La seva missió és reduir el
coeficient de fricció entre
aquestes peces i, en
conseqüència, eliminar
temperatures elevades i
desgastos.

TREN ALTERNATIU DEL MOTOR
CIGONYAL
El volant motor és la peça encarregada d’emmagatzemar
energía cinètica de les carreres de treball o motores i
cedir-la a les carreres no motores. Per això, ha de tenir una
massa important.

Conjunt de sistemes que asseguren el correcte funcionament
d’un motor. Aquí es mostra uns quants exemples.
Filtres d’oli
Radiador
Mecanisme de transmissió
Injectors de gasolina
Sistemes auxiliars dels motors
tèrmics
L'AIMENTACIÓ LA
REFRIGERACIÓ
EL SISTEMA
D'ENCESA
LA
LUBRICACIÓ
MECANISMES I CIRCUITS AUXILIARS

Alimentació d’injecció electrònica
MECANISMES I CIRCUITS AUXILIARS
SISTEMA D’ALIMENTACIÓ

Radiador
MECANISMES I CIRCUITS AUXILIARS
SISTEMA DE REFRIGERACIÓ

Mecanismes i circuits auxiliars

CIRCUITS GREIXATGE I REFRIGERACIÓ

Fan la combustió dins la màquina i n'hi ha de
dos tipus:
• els motors d'encesa per guspira o de cicle
Otto, i
• els d'encesa per compressió o de cicle
dièsel.
Hi ha diferents solucions estructurals que es
diferencien pel nombre de cicles:
• de 2 temps (2T) i
• les de 4 temps (4T).
Màquina de 2 temps Màquina de 4 temps
MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA
ALTERNATIVES

Característiques:
• Són motors simples, perquè manquen de vàlvules i de lleves.
• Són més lleugers, econòmics i necessiten menys operacions de
manteniment.
• Els gasos entren i surten del cilindre a través d'orificis
anomenats llumeneres, que són oberts i tancats pel propi pistó
en moure’s.
• El rendiment és menor que en els de 4 temps.
MÀQUINA DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVA
MOTOR DE 2 TEMPS

MÀQUINA DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVA
MOTOR DE 2 TEMPS
Es realitza el cicle de treball en només dues carreres del pistó:
• Durant la baixada: l'expansió, la fuita i l'admissió.
• Durant la pujada: la compressió.

MÀQUINA DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVA
MOTOR DE 2 TEMPS 1876

MÀQUINA DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVA
MOTOR DE 4 TEMPS DE CICLE OTTO

Admissió o entrada de la mescla combustible (aire i combustible gasificada).
1
Comprensió de la mescla gasificada.
2
Salt de l'espurna entre els contactes de la bugia.
3
Fuita o sortida dels gasos cremats cap a tub d'escapament.
4
CICLE TEÓRIC D’UN MOTOR DE 4 TEMPS GASOLINA
O CICLE D’OTTO
• L’any 1876, l’enginyer alemany Nikolaus Otto va dissenyar un motor de
gas amb elements molt similars als de la màquina de vapor.
• El motor de cicle Otto s’alimenta amb gasolina, també anomenada
benzina.
• El cicle de funcionament d’aquest motor consta de quatre temps o
fases i va suposar la base del motor d’explosió de gasolina.

FUNCIONAMENT DEL MOTOR DE QUATRE
TEMPS
3r temps 4t temps
2n temps
1r temps

1r TEMPS: ADMISSIÓ
A mesura que l’èmbol comença
a baixar es fa el buit que
provoca una succió que
aspira l’aire de l’exterior, que
entra al cilindre barrejat amb
una petita quantitat de
gasolina que ha estat
polvoritzada per l’injector
A l’inici
d’aquesta fase
l’èmbol se
situa al punt
mort superior
(PMS) i es
desplaça fins
al punt mort
inferior (PMI)
La vàlvula d’escapament
està tancada
La vàlvula d'admissió
está oberta
Aquesta fase acaba quan l’èmbol arriba al PMI.

2n TEMPS: COMPRESSIÓ
La barreja d'aire
i gasolina arriba a la
seva màxima
compressió.
L’èmbol inicia l’ascens
des del punt mort
inferior (PMI) fins a
arribar al punt mort
superior (PMS)
i es produeix la
compressió de la
barreja d’aire i gasolina
La 1ª vegada l’èmbol
pujarà pel motor
d’arrancada alimentat
per la batèria del cotxe,
després ho farà pel
propi gir del cigonyal.
La vàlvula d’escapament
està tancada
La vàlvula d'admissió
está tancada

3r TEMPS: EXPLOSIÓ
En aquest temps es produeix l’explosió del
combustible. En el cas del cicle d’Otto o
motors de gasolina, l’explosió és
provocada per la guspira de la bugia.
En el cas dels motors dièsel, l’explosió és
provocada per la mateixa compressió
del combustible, ja que no porten bugia.
La bugia ha de saltar la
guspira per inflamar la
barreja d’aire i gasolina.
Les vàlvules
d’escapament i
d’admissió estan
tancades
Els gasos
s’expandeixen
iempenyen
fortament l’èmbol
que va del punt
mort superior
(PMS) cap al punt
mort inferior (PMI)
La bugia rep una alta
tensió, que en arribar als
elèctrodes fa saltar un arc
voltaic o guspira que
inflama la barreja, i es
produeix una forta explosió.

4t TEMPS: ESCAPAMENT
• El moviment continuat del
cigonyal que es transmet a
la caixa de canvis o sistema
de transmissió on s’utilitza el
motor.
• En un automòbil de turisme,
la velocitat d’aquest gir
continuat es mesura en la
freqüència de rotació del
cigonyal, que pot anar de
900 rpm a 6.000 rpm.
Quan l’èmbol arriba
al punt mort superior
(PMS), la válvula
d’escapament es
tanca i el cicle torna
a iniciar-se
pel temps
d'admissió,
desplaçant-se l’èmbol
cap al punt mort inferior
(PMI)
S'obre la vàlvula
d'escapament i els gasos
surten a l'exterior
empesos per la pujada
de l’èmbol.
La vàlvula
d'admissió
està tancada
S’ha completat el cicle de 4 temps i
comença novament el cicle

MOTORS D’ENCESA PER COMPRESSIÓ
MOTORS DIESEL
• Va ser inventat i patentat per Rudolf
Diesel en 1892.
• El funcionament del motor dièsel, és molt
semblant al funcionament del Cicle
d'Otto, només difereix en els processos
dels quatre temps.
• El que es comprimeix en el cilindre és
aire (no barreja combustible).
• En comprimir a l'alta pressió,
aconseguint grans temperatures (600°C).
• En injectar el combustible es produeix la
combustió sense necessitat que salti una
espurna i per això, aquests motors no
tenen bugies, tenen un injector.
• El combustible que usen és el gasoil o
diesel que tenen millor rendiment que els
motors de gasolina.
3r temps 4t temps
2n temps
1r temps

MOTORS D’ENCESA PER COMPRESSIÓ
MOTORS DIESEL

MÀQUINA DE COMBUSTIÓ INTERNA ROTATIVA
TURBINA A GAS
Té tres parts principals:
1. El compressor comprimeix l'aire
perquè entre més oxigen en la
cambra de combustió.
2. En la cambra de combustió
s'injecta combustible i es
produeix la combustió de la
mescla de combustible i aire
(oxigen) generant-se gasos a
molta pressió
3. La turbina gira a causa del pas
per ella dels gasos de combustió.
La turbina mou el compressor i la
màquina acoblada al motor.
S'aplica en avions, trens, vaixells i en
centrals elèctriques.

Principi d'acció i reacció: Si un cos realitza una
força sobre un altre (acció), aquest reacciona
exercint sobre el primer una altra força d'igual valor
i direcció, però de sentit contrari (reacció).
MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA ROTATIVES
MOTORS DE REACCIÓ

• L'aire que entra per l'admissió és comprimit en el
compressor que el fica a pressió en la cambra de
combustió.
• En la cambra de combustió, l'aire es barreja amb el
combustible (querosè) i crema, produint una gran
quantitat de gasos que surten a gran velocitat.
• Els gasos mouen la turbina (que acciona el
compressor) i surten per la fuita, produint per reacció
l'embranzida sobre el motor.
MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA ROTATIVES
MOTORS DE REACCIÓ

MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA ROTATIVES
MOTORS DE REACCIÓ

MÀQUINA DE COMBUSTIÓ INTERNA ROTATIVA
MOTOR A REACCIÓ: TURBOHÈLIX
Avió C-130 Hércules

MÀQUINA DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVA
MOTOR A REACCIÓ: TURBOREACTOR
Avió
Airbus A380

MÀQUINA DE COMBUSTIÓ INTERNA ALTERNATIVA
MOTOR A REACCIÓ: TURBOREACTOR
Avió Concorde

Motor Wankel Turbina de gas de cicle
obert
MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA ROTATIVES
MOTOR WANKEL I TURBINA DE GAS

MÀQUINES TÈRMIQUES
PRINCIPI DE FUNCIONAMENT
El funcionament de les màquines tèrmiques es basa
a cremar una energia primària (combustible) per
convertir-la en energia mecànica.

.
MÀQUINES TÈRMIQUES
ELS COMBUSTIBLES
La gran majoria de combustibles
que fem servir avui dia són
fòssils, concretament la gasolina
i el gasoil, derivats del petroli,
contaminants del medi ambient
i causants de l’efecte
d’hivernacle.
En els darrers anys s’ha intentat
iniciar un canvi de model,
sobretot a través
del cotxe elèctric; tot i això,
encara queda molt camí per
recórrer si es vol substituir a
gran escala els combustibles
fòssils

Les màquines de
combustió
externa:
•El carbó
•El fuel-oil
•El gas natural ...
Les màquines de
combustió interna:
•La gasolina
•El gasoil
•El querosè …
Actualment es comencen a utilitzar els anomenats
biocarburants
MÀQUINES TÈRMIQUES
ELS COMBUSTIBLES

Nivell d’emissions dels diferents combustibles
Nivell d’emissions dels diferents combustibles
Contaminant Gasolines Gas-oil Carbó Gas natural Biocombustibles
CO2 Important Important Molt
Important
Important Poc Important
CO Important Poc important Important Poc important Poc important
SOx Poc Important Important Molt
Important
Quasi nul Poc important
NOx Important Molt
Important
Molt
Important
Poc important Poc important
HC Molt Important Poc important Nul Nul Poc important
Fums Important Important Molt
Important
Poc important Important
Metalls Poc Important Important Poc important Nul Important
MÀQUINES TÈRMIQUES
ELS COMBUSTIBLES

MOLTES GRÀCIES PER LA
VOSTRA ATENCIÓ !!