Màquines tèrmiques
1- Energis i màquines tèrmiques
-Les màquines tèrmiques ens dón molt familiars perquè forme part del nostre paisatge urbà: cotxes, motos, autobusos, camions i altres. La seva capacitat de generar treball està assegurada per un motor que converteix l’energia de la gasolina o del gasoil en energia motriu.
-Els motors tèrmics transformen l’energia d’un combustible en energia de moviment, en energia mecànica. Aquesta transformació es produeix en els motors a través d’un conjunt de mecanismes.
Energia, treball i potència
-S’anomena treball l’acció d’aplicar una o més forces sobre un cos i provocar o modificar el seu moviment.
-L’energia és la capacitat de realitzar un treball.
-S’anomena potència el treball efectuat per unitat de temps. Dóna idea de la rapidesa amb què es pot realitzar un treball.
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), que equival al treball realitzat per una força d’un newton que, aplicada a un cos, li provoca un desplaçament d’un metre:
1 joule=1 newton⋅1 metre
-En una transformació ideal, sense pèrdues, el rendiment seria del 100%, però aquesta situació no pot donar-se a la realitat. Totes les transformacions energètiques tenen rendiments inferiors al 100%.
2-Màquines tèrmiques de combustió externa
-En les màquines tèrmiques de combustió externa, el combustible genera calor per evaporar aigua en calderes. El vapor és injectat a un sistema mecànic que el transforma en energia mecànica. La màquina de vapor, que ja és història, i la turbina de vapor són les dues màquines d’aquest tipus més rellevants.
3-Màquines de combustió interna alternatives
-Aquest tipus de motors poden tenir una estructura que permet la construcció de models de diferents grandàries, des de petits motors per a motocicletes fins a grans motors per a vaixells.
Funcionament dels motors alternatius de 4T
A-El motor d’encesa per guspira o de cicle Otto
1r temps: admissió 2n temps: compressió 3r temps: explosió
4t temps: escapament
B-El motor d’encesa per compressió o de cicle dièsel
-En els motors es defineixen diferents característiques que determinen el seu comportament. Les més usuals són: la cilindrada, la relació de compressió i la potència.
A-Cilindrada
-La cilindrada és una característica dels motors que està relacionada amb la potència que
pot lliurar i el seu consum.
B-Relació de compressió
-La relació de compressió d’un motor es calcula amb el quocient entre el volum
màxim (Vmàx.) i el volum de la cambra de combustió (Vmín.)
C-Potència
-La potència depèn de la freqüència de rotació del cigonyal o arbre de sortida del motor.
Aquesta velocitat és variable, i per això els fabricants donen la potència màxima i el valor de
freqüència de rotació a què s’aconsegueix.
4-Els sistemes auxiliars
-Per aconseguir un funcionament adequat del motor, cal un conjunt de sistemes auxiliars sense els quals no pot funcionar. Ho descriurem en el cas concret dels automòbils.
-Sistema d’alimentació
-Sistema d’encesa electrònica
-Sistema de refrigeració
-Sistema de lubrificació
-Sistema d’escapament
-Sistema de transmissió
5-Màquines de combustió interna rotatives
-Les màquines de combustió interna rotatives més comunes són les turbines de gas i els turboreactors. 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. La conversió de l’energia del combustible en energia mecànica es produeix en un sistema rotatiu que repercuteix directament sobre l’eix de sortida.
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.
-Quan els gasos surten a l’exterior, tenen una temperatura d’entre 450 ºC i 600 ºC. El seu rendiment està al voltant del 35%.
El turboreactor
-El turboreactor és una variant de la turbina de gas de cicle obert que té aplicació en el camp de l’aeronàutica.
-Les quatre fases del motor: admissió, compressió, explosió i escapament, es produeixen simultàniament, i en aquesta seqüència, al llarg del turboreactor.
6-Els combustibles
Combustibles fòssils. Origen, transformació i distribució
-El carbó és el recurs energètic amb més reserves que s’obté amb l’explotació minera que l’extreu del subsòl amb mines a profunditat o bé 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, ja sigui en terra ferma o en el mar.
-El gas natural s’extreu de bosses subterrànies amb un procediment similar al del petroli
Els derivats del petroli
-Els derivats del petroli que s'han esmentat anteriorment s’obtenen de la destil·lació del cru de petroli en les refineries, a diferents graus de temperatura de destil·lació.
En la gasolina s’incorporen per evitar l’autodetonació, que és l’explosió de la barreja d’aire i de gasolina a l’interior del cilindre per l’efecte de la compressió i de la temperatura, no per l’acció de la guspira. S’ha substituït el plom per altres components químics menys contaminants. A les gasolineres es troben dos tipus de gasolina: sense plom 95 i sense plom 98.
Conseqüències de l’ús dels combustibles fòssils
-La combustió de les gasolines, els gasoils i els querosens genera bàsicament diòxid de carboni (CO2), òxids de nitrogen (NO2) i de sofre (SO2) i vapor d’aigua.
-Els òxids de nitrogen i de sofre són els responsables de les pluges àcides que han devastat grans extensions de vegetació, i també han afectat les aigües de rius i llacs i els éssers vius.
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.
-En el model energètic actual, el consum de combustibles fòssils predomina molt per sobre d’altres fonts energètiques.
-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.
No hay comentarios:
Publicar un comentario