Generadors d'Energia Mecànica i Motors: Cicles Termodinàmics i Tipus

Generadors d'Energia Mecànica: Tipus i Funcionament

Classificació dels Generadors d'Energia Mecànica

Els generadors d'energia mecànica es poden classificar principalment segons el tipus de combustió:

1. De Combustió Externa

   Màquines de vapor, turbines de vapor.

2. De Combustió Interna Alternativa

   D'encesa provocada (motor Otto), d'encesa per compressió (motor Dièsel).

3. De Combustió Interna Rotativa

   Motor Wankel, turbines de gas.

Cicles Termodinàmics en Màquines Tèrmiques

En aquest tipus de màquines és on millor es pot fer una aproximació a la màquina de Carnot, un cicle termodinàmic ideal.

Fases d'un Cicle Termodinàmic Típic

1. Al forn o als cremadors es duu a terme la combustió de carbó, gasoil, fuel, gas o qualsevol altre material combustible. La calor generada en aquesta font calenta (Q_H) és absorbida per l'aigua de la caldera.
2. A la caldera, l'aigua es vaporitza a causa de la calor absorbida i la temperatura es manté constant per la raó de canvi de fase (Q_L). Per tant, s'expandeix isotèrmicament d'1 a 2 a una temperatura de T_H fins a la turbina.
3. A la turbina hi ha una expansió adiabàtica i la temperatura i la pressió baixen.
4. El vapor surt de la turbina i va al condensador, on es condensa l'aigua a temperatura T_C constant, també a causa de canvi de fase, invers a l'inicial (de vapor a líquid). És, per tant, una compressió isotèrmica a causa de la reducció del volum. Hi ha una cessió de calor Q_C a la font freda, que és la substància de refrigeració.
5. Finalment, l'aigua és comprimida adiabàticament fins a la pressió de la caldera perquè hi pugui tornar a entrar.

Motors de Combustió Interna (MCI)

Què són els Motors de Combustió Interna?

Un Motor de Combustió Interna (MCI) és un tipus de màquina que obté energia mecànica directament de l'energia química interna d'un combustible que crema dins la màquina. Els combustibles utilitzats han de ser gasos o líquids vaporitzats per poder ser introduïts a l'interior de la màquina amb facilitat.

El Motor de Quatre Temps (4T)

Funcionament i Cicle Otto

La màquina de combustió interna alternativa més emprada és el motor de quatre temps, que segueix el cicle Otto. Els motors de quatre temps (4T) utilitzen la gasolina com a combustible i transformen l'energia tèrmica impulsant el pistó, que transforma el seu moviment alternatiu en circular mitjançant un mecanisme de biela-manovella.

Comparativa: Motor de Dos Temps (2T) vs. Motor de Quatre Temps (4T)

Avantatges del Motor de Dos Temps (2T)

• Efectua treball útil en cada volta del cigonyal (el de 4T ho fa cada dues voltes).
• Construcció més senzilla: no porta vàlvules.
• Més lleuger.
• Més econòmic.

Inconvenients del Motor de Dos Temps (2T)

• Combustió poc efectiva: no s'aprofita tot el combustible, ja que la mescla amb l'oli no s'arriba a cremar del tot.
• Rendiment menor. Apte per accionar màquines de poca potència (ciclomotors, serres mecàniques, etc.).
• Altament contaminant: l'oli es crema contínuament i genera molta més brutícia a l'interior del cilindre.

El Motor Dièsel

Característiques i Principi de Funcionament

Els motors Dièsel utilitzen gasoil com a combustible en lloc de gasolina. Els cicles més freqüents són els de 4T, però també n'hi ha de 2T. Utilitza injectors de combustible en lloc de carburador i bugies per tal d'introduir el combustible atomitzat. L'explosió no es produeix per una guspira, sinó que té lloc espontàniament a causa de les condicions de pressió i temperatura a què se sotmet el combustible dins la cambra de combustió.

Comparativa: Motor Dièsel vs. Motor 4T de Benzina

Avantatges del Motor Dièsel

• Més rendiment tèrmic.
• Menys consum i menor cost de combustible.
• Més durada del motor.
• Menys contaminació dels gasos d'escapament.

Inconvenients del Motor Dièsel

• Motor més pesant.
• Cost de construcció més elevat.
• Més sorollós a causa de les fortes explosions de la combustió.