Màquines tèrmiques

1. TEMA 4
MÀQUINES
TÈRMIQUES
Ricard Valero
Departament de Tecnologia
Institut Pons d’Icart
Tarragona

2. 1. Definició:
Les màquines tèrmiques són màquines motrius que transformen
l’energia tèrmica generada al cremar un combustible en energia
mecànica. Utilitzen un combustible fòssil pel seu funcionament
(carbó, petroli o gas natural). En la seva combustió generen CO2
(responsable de l’efecte hivernacle i de l’escalfament global), NO2,
SO2, etc.
2. Classificació de les màquines tèrmiques:
a) De combustió externa: El combustible es crema fora de la
màquina. Màquines de vapor i turbines de vapor.
b) De combustió interna: El combustible es crema a l’interior de
la màquina. Motors d’explosió i motors de reacció.

3. 3. La màquina de vapor:
És una màquina tèrmica de combustió externa, alternativa, que
transforma l’energia del vapor d’aigua en energia mecànica.
Funcionament: La combustió de carbó fa que l’aigua de la
caldera s’evapori, i el vapor a alta pressió és conduït a un cilindre
i fa moure l’èmbol. Per mitjà d’un mecanisme biela-manovella es
mou una roda motriu. El vapor que surt del cilindre es passa a un
condensador on es refreda i es converteix en aigua líquida que
torna a la caldera.

4. Per regular la velocitat de les màquines de
vapor, es va incorporar el regulador centrífug o
de Watt, un sistema de contrapès giratori que
obria o tancava la vàlvula d’entrada de vapor:
Video de la màquina de vapor.

5. 4. La turbina de vapor:
És una màquina tèrmica de combustió externa,
giratòria que transforma l’energia cinètica del
vapor en energia de rotació. Serveix per generar
energia elèctrica.

6. 5. Motors d’explosió:
Són màquines tèrmiques de combustió interna.
L’explosió del combustible té lloc a l’interior del
cilindre. Es produeix un augment important de
la pressió que amb mecanismes adequats es
converteix en moviment.
a) El motor de gasolina o de cicle Otto de 4
temps:
El motor de 4 temps de gasolina el va inventar
Nikolaus Otto el 1876. Consta de 4 temps o
fases:

7. 1) Admissió: s’obre la vàlvula d’admissió. El pistó
baixa fins al punt mort inferior i la mescla d’aire i
gasolina entra al cilindre.
2) Compressió: Es tanca la vàlvula d’admissió. El
pistó puja fins al punt superior i la mescla es
comprimeix.
3) Explosió: La bugia genera una guspira que fa
explotar la mescla. Es generen gasos que empenyen
el pistó cap avall, fins al punt mort inferior.
4) Escapament: S’obre la vàlvula d’escapament. El
pistó puja fins al punt superior i els gasos cremats
surten.

8. Pistó
Càrter

9. La majoria de motors de 4 temps estan formats per
4 cilindres, encara que també n’hi ha de 6, 8, 12,
etc.
En un cicle del motor de 4 temps, el cigonyal fa 2
voltes completes i el pistó fa 4 recorreguts.
b) El motor de gasolina de 2 temps:
És un motor més senzill que el de 4 temps, no té
vàlvules d’admissió ni d’escapament, ni càrter d’oli.
Funcionen amb una barreja de gasolina i oli que
serveix per lubricar el pistó. Consta de 2 temps:

10. 1) Admissió-compressió: El pistó puja cap a dalt i
succiona la barreja de gasolina i oli. Al mateix
temps es comprimeix la barreja que es troba a
dins del cilindre.
2) Explosió-escapament: El pistó arriba al punt
superior i la bugia fa una espurna. L’explosió de
la barreja d’oli i gasolina fa que el pistó baixi.

11. El motor de 2 temps és més senzill i barat. S’utilitza
en motocicletes, moto-serres, tallagespa, etc. Té
menys avaries que el de 4 temps, però no té tanta
potència.
c) Motor de gasoil o de cicle diesel de 4 temps:
El va inventar l’enginyer alemany Rudolf Diesel,
l’any 1892. No té bugies, l’encesa del combustible té
lloc per l’alta temperatura generada en comprimir
l’aire dins el cilindre. Els motors dièsel són més
robustos i pesants, no tenen tantes avaries, però
quan les tenen són cares de reparar. Els 4 temps
són:

12. 1) Admissió: El pistó baixa i s’obre la vàlvula
d’admissió, però només entra aire.
2) Compressió: El pistó puja fins al punt mort
superior i comprimeix molt l’aire.
3) Explosió: El gasoil entra en el cilindre pulveritzat
pels injectors i es troba aquest aire tant calent i
explota. El pistó és empès cap avall.
4) Escapament: En tornar a pujar el pistó, s’obre la
vàlvula d’escapament i s’escapen els gasos de
combustió.

13. La cilindrada és la suma dels volums de tots els cilindres
d’un motor i està relacionada amb la potència del
motor. El volum d’un cilindre (Vc) és la superfície del
pistó (𝜋 · 𝑟2) per la cursa (c).
Cilindrada (Vc) = 𝜋 · 𝑟2 · c
Cilindrada total = Vc · n
n= núm. de cilindres

15. 6. Motors a reacció:
És una màquina tèrmica de combustió interna que
crema combustible per augmentar l’energia cinètica
dels gasos que el travessen. L’aire que entra per
davant es barreja amb el combustible, la mescla
s’encén, s’expansiona i surt a tota velocitat per
darrere.