Les màquines tèrmiques 3r ESO

LES MÀQUINES TÈRMIQUES
Tecnologia 3r ESO
Jordi Pipó iVicent

1. Introducció
 Quan va aparèixer el primer motor? Com funcionava?
 Quines diferències hi ha entre un motor de 4 i de 2
temps? I entre el de gasolina i el de gasoil?
 Com es poden fer motors més nets?
 Es pot canviar la dependència del petroli i utilitzar una
altra font?

2. Evolució i classificació
 EVOLUCIÓ
 Màquina de vapor: revolució industrial s.XIX
 Anteriorment: aigua, vent
 Combustió interna: motos, automòbils, vaixells (ppis. s. XX)
 Exemples: Newcomen (finals s.XVIII), Rocket (ppis. s.XIX)

 MÀQUINES I MOTORSTÈRMICS
 Màquina tèrmica: transforma l’energia tèrmica en mecànica o a
l’inversa.
 Motor tèrmic: tipus de màquina que transforma l’energia tèrmica
en mecànica.
 Així una nevera és una màquina tèrmica, però no un motor.

 CLASSIFICACIÓ

 CLASSIFICACIÓ
 Combustió externa: el combustible es crema fora de la màquina i
se n’aprofita la calor resultant en forma de vapor d’aigua.
 Combustió interna: el combustible es crema a l’interior i
s’aprofiten els gasos resultants per a fer el moviment.
 Alternatives: transformen el moviment alternatiu en moviment
de rotació utilitzant un pistó i una biela-manovella.
 Rotatives: produeixen el moviment de rotació directament.

 CLASSIFICACIÓ
Motor dièsel Motor Otto

3. Les màquines de vapor
 DIFERENTS MÀQUINES
 Segle I dC: Heró, per a entreteniment.
 S. XVII, XVIII: Papin, Savery, Newcomen. Inici a Gran Bretanya.
 Usos: vaixells, trens, telers, màquines mineres.

 MÀQUINA DE JAMES WATT
 Millora la de Newcomen. Segura. 1769.

 MÀQUINA DE JAMES WATT
 CALDERA: dipòsit amb aigua escalfada per carbó.
 DISTRIBUÏDOR: mou el vapor d’aigua cap al cilindre de forma
alternativa.
 CILINDRE: de doble efecte.
 BIELA-MANOVELLA: el pistó fa moure la roda agafada a la manovella.
 REGULADOR DEWATT: mantenia la velocitat constant. (Al dibuix)

 FUNCIONAMENT
 Per cada gir de la roda es realitzen dues expansions i dues
compressions en el cilindre.
 De forma continuada, s’introdueix vapor a alta temperatura dins
del cilindre i s’expulsa pel tub d’escapament.
 El vapor expulsat es refreda al condensador on es transforma en
aigua i entra a la caldera on es torna a convertir en vapor d’aigua.

4.Combustió interna alternativa
 Combustió dins de la màquina.
 Combustibles: gasolina, gasoil.
 Usos: automòbils, motocicletes, tractors, camions, vaixells, ...
 Encesa: per guspira o per compressió.
 Temps: quatre o dos.

4.1. Guspira quatre temps
 Inventats l’any 1876 per Otto (cicle d’Otto).
 Utilitzen gasolina, antigament gas o alcohols.
 Una biela-manovella transforma el moviment rectilini alternatiu del
pistó en un moviment de rotació.
 Els motors poden tenir 4 cilindres o més; en línia o en forma deV

 PRIMERTEMPS / ADMISSIÓ:
 La mescla de gasolina i aire entra al cilindre quan s’obre la
vàlvula d’admissió.
 La mescla s’introdueix utilitzant la injecció electrònica.
 El pistó baixa arribant al punt mort inferior (PMI) i facilita
l’entrada de la mescla.

 SEGONTEMPS / COMPRESSIÓ:
 El pistó comença a pujar.
 A l’estar les dues vàlvules tancades, la mescla es comprimeix a
l’interior en la cambra de combustió.
 El pistó arriba al punt mort superior (PMS).

 TERCERTEMPS / EXPLOSIÓ:
 La bugia amb una guspira fa explotar la mescla.
 El pistó surt propulsat cap avall fins al PMI.
 És l’únic temps del cicle que fa moure el pistó i, per tant, el
cigonyal i les rodes.

 QUART TEMPS / ESCAPAMENT:
 S’obre la vàlvula d’escapament i s’expulsen els gasos resultants
de l’explosió.
 El pistó puja fins al PMS tot expulsant els gasos a l’exterior.
 El cicle es repeteix de forma continuada en tots els cilindres.

4.2. Motor de dos temps
 Variant del cicle d’Otto.
 Combustible: mescla de gasolina amb oli.
 Usos: ciclomotors, motoserres i maquinària portàtil.
 Més barats, lleugers i senzills que els de 4 temps.
 Més contaminants i amb menys rendiment que els de 4 temps.
 Enlloc de vàlvules s’utilitzen unes obertures anomenades espiralls
per on entra la mescla (l’espirall d’admissió) i surten els gasos
(espirall d’escapament).

 PRIMER TEMPS / Admissió i Compressió:
 L’admissió i la compressió s’efectuen al mateix temps.
 Quan el pistó puja, obre l’espirall d’admissió, des de l’injector o
el carburador arriba la mescla (aire, gasolina i oli).
 La mescla cau en el càrter lubrificant el cigonyal.
 A la part superior el pistó acaba de pujar, provocant la
compressió.

 SEGON TEMPS / Explosió i Escapament:
 Aquestes dues fases també van conjuntament.
 Quan el pistó arriba al PMS, es produeix l’explosió per mitjà de la bugia.
 El pistó baixa de forma que la mescla que havia entrat abans entra al
cilindre a través de l’espirall de càrrega.
 Els gasos cremats de l’explosió surten per l’espirall d’escapament, el
qual ha estat obert pel descens del pistó. Un cop el pistó arriba al PMI
comença de nou el cicle.

4.3. Compressió de 4 temps
 Inventats per Dièsel l’any 1892.
 Utilitza gasoil, abans olis.
 No es necessita cap bugia. La mateixa compressió encén la mescla..

 PRIMER TEMPS / Admissió:
 Igual com en el motor de gasolina, el pistó es mou cap a baix.
 Enlloc de mescla, aspira aire a través de la vàlvula d’admissió.

 SEGONTEMPS / Compressió:
 Com en el motor de gasolina, però s’aconsegueixen altes
temperatures sense necessitat de la bugia.
 El pistó es mou cap a dalt comprimint l’aire.
 Quan arriba el pistó a l’extrem superior (PMS), s’introdueix el
gasoil al cilindre mitjançant un injector i una bomba.

 TERCERTEMPS / Combustió:
 Un cop s’acaba d’injectar el gasoil explota la mescla i fa que el
pistó baixi, al mateix temps que giren la biela i el cigonyal.
 Aquí l’energia tèrmica es converteix en energia mecànica.

 QUARTTEMPS / Escapament:
 Tal com en el motor de gasolina, el pistó puja fent sortir els gasos
cremats per la vàlvula d’escapament.
 Aquestes quatre fases es repeteixen de forma cíclica mentre
funciona el motor.

4.4. Comparació dièsel/gasolina
 Motor dièsel - inconvenients:
 Més pesat i més complex, preu superior al de gasolina.
 Més sorollós (cada vegada menys) i més lent de resposta.
 Fins no fa poc s’utilitzava poc en cotxes, en canvi era ideal per a
camions, tractors, vaixells, trens. Actualment han millorat molt.
 Motor dièsel - avantatges:
 Estalvia més en el consum, consumeix menys i utilitza gasoil, que
és més barat que la gasolina.
 Funciona amb menys revolucions, per tant, té un desgast menor i
pot durar més anys.
 Tenint en compte el combustible consumit i la potència
obtinguda, el motors dièsel tenen un rendiment molt superior .

5. Les turbines
 Són màquines rotatives
 Tipus:
 De combustió externa / de vapor: generadors a les centrals
tèrmiques i nuclears i en alguns vaixells enormes.
 De combustió interna / de gas de cicle obert: en motors a
reacció d’avions i per a generar electricitat.

5. Les turbines
5.1. De gas de cicle obert
 Les turbines aspiren l’aire directament de l’atmosfera.
 Els àleps giren a gran velocitat.
 Comprimeixen l’aire en una cambra on s’injecta el gas o el combustible
(querosè en els avions).
 Es produeix la combustió i això fa que els gasos s’expulsin i facin girar la
turbina.
 Existeixen les quatres fases de forma similar a un motor d’explosió:
admissió, compressió, expansió i escapament

5. Les turbines
5.2. De vapor
 Per a fer moure les turbines s’utilitza una caldera.
 La caldera és gran i no es pot moure.
 Les turbines es troben en centrals i vaixells.
 El vapor de la caldera es condueix cap a uns àleps situats en una
roda fent que giri. Es tracta d’una turbina d’acció.
 També s’utilitzen les turbines d’acció i reacció. Hi ha uns rodets
mòbils (acció) i uns altres que dirigeixen el vapor (reacció). Els rodets
disminueixen el diàmetre des de l’entrada cap a la sortida.
 El gas un cop surt de la turbina es retorna a la caldera per a poder-lo
re aprofitar.

6. El motor Wankel
 Motor de combustió interna rotatiu.
 Dissenyat perWankel el 1924.
 Gasolina.
 Amb un gir del rotor s’efectuen tres admissions, tres compressions,
tres explosions i tres escapaments. Per una volta del rotorWankel es
fan tres cicles del motor Otto.
 El rotor és un triangle ovalat que gira per la part interna de la
carcassa i seria comparable al pistó dels motors Otto.
 Avantatges: no produeix vibracions i té tres explosions en una sola
rotació.
 Inconvenients: té problemes d’estanqueïtat, de refrigeració i
lubrificació i això fa que tinguin una vida curta.

6. El motor Wankel
 Admissió (part superior), compressió (dreta), explosió (inferior),
escapament (esquerra).

7. Sistemes auxiliars dels
motors d’explosió
 Alimentació:
 Dispositiu que subministra la mescla d’aire i combustible al
motor. Es fa amb la injecció electrònica, mètode actual i que
aconsegueix una injecció més precisa de combustible.
 Refrigeració:
 Es refreda el motor d’altes temperatures provocades en
l’explosió. En el radiador es fa passar un líquid refrigerant que
aconsegueix baixar la temperatura del motor.

 Sistema d’encesa:
 Està format pel circuit elèctric que subministra la guspira a la
bugia.
 Motor d’arrencada :
 És el motor elèctric que arrossega el motor en el moment
d’engegar-lo.

 Lubrificació :
 L’oli lubrificant augmenta el rendiment del motor, redueix el
desgast i dissipa la calor.
 El lubrificant és l’oli encarregat de disminuir el fregament, el
càrter és el recipient on es fica l’oli i es lubrifiquen les peces i la
bomba és l’element que impulsa l’oli.
 En els motors de dos temps, l’oli està incorporat amb la mescla.

8. Característiques dels motors
d’explosió
 Nombres de cilindres (nc):
 1, 2, 4, 5, 8 o 12 cilindres. El més usual són 4 cilindres per als
cotxes i 1 o 2 per a les motos.
 Cilindrada (Vc):
 La suma dels volums de tots els cilindres. P.ex. moto de 125 cc.

8. Característiques dels motors
d’explosió
 Relació de compressió (r):
 És la relació entre el volum màxim i el mínim dins el cilindre.
 En motors Otto: 10 a 1 (10 cops elVmàx respecte elVmín).
 En dièsel: 20 a 1.
 La potència i el parell motor:
 És una dada que donen els fabricants. P.ex. una potència de
100kW a 6000 rpm i un parell de 200 Nm a 3000 rpm.
 Consum :
 Litres de combustible consumits.
 Es sol donar en litres per cada 100 km. P.ex., 6 litres per 100 km.

9. Els combustibles
 Gasolines:
 Sense plom 95 i sense plom 98: els números 95 i 98 es refereixen
a l’índex d’octà i indiquen el seu poder antidetonant.Com més
alt és el número, més difícil és que la gasolina detoni abans
d’encendre la mescla.
 Gasoils:
 Més densos i menys volàtils que les gasolines.
 Biocombustibles:
 Biodièsels: deriven d’olis vegetals com els de cuinar.
 Bioalcohols: a partir de plantes amb sucres com la colza o la
canya de sucre.

9. Els combustibles
9.1. Emissions contaminants
 Gasolines:
 Emeten a l’atmosfera sobretot hidrocarburs (HC), diòxid de
carboni (CO2), monòxid de carboni (CO), i òxids de nitrogen
(NOx).
 Gasoils:
 Sobretot òxids de nitrogen (NOx), òxids de sofre (SOx) i diòxid de
carboni (CO2).
 Biocombustibles: emeten menys partícules tòxiques a l’atmosfera.
 Querosè: els avions emeten partícules altament contaminants.
 NORMATIVA: limita l’emissió de CO2 en g/km.
 CATALITZADOR: obligatori en alguns vehicles. Filtra i diposita les
partícules dels gasos d’escapament.

10. Impacte ambiental
 Efecte hivernacle:
 Alguns gasos de l’atmosfera (CO2, H2O i 30 més) retenen
l’escalfor del Sol i eviten que una part retorni a l’espai.
 Aquesta situació d’equilibri està en perill a causa de la
contaminació de l’atmosfera, els gasos retenen massa calor.
 L’augment mundial de temperatures està provocant un canvi
climàtic, un desplaçament de les espècies, la major virulència del
clima i el desgel dels pols.
 L’efecte hivernacle és degut a la crema de combustibles fòssils
com el petroli i a la desforestació de selves.

 Pluja àcida:
 Els combustibles que cremem sobretot a les fàbriques i a les
centrals tèrmiques emeten uns gasos que contenen SO2 i NO2.
Combinats amb la humitat de l’atmosfera, formen àcids que
cauen amb la pluja (àcid sulfúric H2SO4 i àcid nítric HNO3).
 La pluja contaminada amenaça la salut, destrueix la vida als
estanys, llacs i rius i mata als arbres i afecta els edificis.
 La pluja àcida es desplaça de la zona on es forma a altres àrees.

 Forat de la capa d’ozó:
 És un efecte de la contaminació atmosfèrica que consisteix a una
disminució d’ozó a l’estratosfera (capa alta de l’atmosfera) a
causa de l'emissió a l’aire per part de l’home de substàncies que
minven l'ozó.
 Per aquest motiu es van prohibir els CFCs que utilitzaven
anteriorment les neveres.

 Smog i càncers:
 Diferents malalties de les ciutats com els càncers tenen una part
d’origen en l’expulsió de partícules tòxiques com el plom o el
monòxid de carboni degudes a les emissions de fàbriques i
vehicles.
 La boira contaminant degut a aquestes emissions es coneix com
a smog.

 Biocombustibles i esgotament dels recursos:
 L’ús de combustibles fòssils com el petroli, el gas natural o el
carbó pot portar al seu esgotament definitiu.
 L’ús de biocombustibles per als vehicles és insostenible. P.ex.Tots
els vehicles de França necessitarien una superfície plantada de
biocombustibles equivalent a 2 vegades el total del país.
 L’ús massiu de biocombustibles fa pujar els preus del menjar.

 Responsabilitat social :
 Mesures en la línia de reduir i estalviar com utilitzar el transport
públic, v compartir el transport privat o comprar vehicles més
eficients van en la bona mesura.
 També es pot fixar més CO2 evitant la desforestació dels boscos i
reforestant zones que s’havien perdut com a tals.
 Actualment, s’està avançant en automòbils elèctrics i amb piles de
combustibles a partir de l’hidrogen (H). Encara que també tenen
inconvenients.

Les màquines tèrmiques 3r ESO

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (7)

Similar to Les màquines tèrmiques 3r ESO

Similar to Les màquines tèrmiques 3r ESO (20)

More from Jordi Pipó

More from Jordi Pipó (20)

Les màquines tèrmiques 3r ESO