El 2n Principi de la Termodinàmica i les Màquines Tèrmiques

2n principi de la termodinàmica

• Per fer fluir la calor d'un cos fred a un cos calent: Màquina tèrmica consumidora d'energia mecànica (màquina frigorífica).
• Per convertir la calor en treball: Màquina tèrmica generadora d'energia mecànica (motor tèrmic o de combustió).
• Eficiència tèrmica: Com que la calor no es pot transformar íntegrament en treball, les màquines tèrmiques tenen un rendiment limitat.

Màquines tèrmiques

Transformen l'energia tèrmica en treball (ex. motor d'explosió) o l'energia mecànica en energia tèrmica (ex. bomba de calor).

Màquines tèrmiques generadores d'energia mecànica

• Reben calor d'una font d'alta temperatura (energia solar, petroli, carbó, etc.).
• Transformen en treball una certa quantitat de la calor que reben (normalment en forma d'eix en rotació).
• Alliberen una certa quantitat de calor a una font de baixa temperatura (a l'aire, a un riu, al mar, etc.).
• Operen dins d'un cicle.

Màquines de combustió externa

Un fluid genera un treball (W) mitjançant les variacions de pressió, temperatura i volum, gràcies a la calor (Q) introduïda en el sistema amb la crema de combustible.

La combustió es realitza fora del fluid actiu, normalment a una caldera, i la calor es transmet al fluid a través de les parets. Aquest tipus de motors s'utilitzen a l'àmbit industrial i en vaixells per produir molta potència. Els rendiments (η) són molt baixos, inferiors als de les màquines de combustió interna.

Màquines de combustió interna

• La combustió es produeix a l'interior de la màquina.
• El combustible es crema en el mateix fluid, constituït per combustible i comburent (benzina i aire).
• Els combustibles han de ser gasos o líquids vaporitzats per introduir-los fàcilment a la màquina.
• El treball realitzat és proporcional a la diferència de temperatura que es produeix a la combustió i la temperatura a la sortida dels gasos.

Màquines alternatives

Utilitzen un sistema de biela-manovella per convertir el moviment rectilini alternatiu en circular continu.

Motor d'explosió Otto (4T)

• Es produeix la combustió ràpida d'una barreja d'aire i benzina a l'interior del cilindre.
• La benzina se subministra a l'aire amb el carburador o la bomba d'injecció.
• La combustió en el cilindre es realitza per guspira amb les bugies.
• La transformació del moviment rectilini alternatiu del pistó es transforma en moviment circular continu del cigonyal.

Característiques i funcionament

• Motor d'automòbils i motocicletes pesants.
• Utilitzen la benzina com a combustible.
• Per a l'execució d'un cicle de treball calen 4 recorreguts del pistó o dues voltes del cigonyal (cicle de 4 temps):

1. Admissió: de la mescla combustible en el cilindre.
2. Compressió: de la mescla.
3. Explosió i expansió: de la mescla comprimida.
4. Escapament: de gasos cremats.