Màquines Tèrmiques: Cicles Otto, Dièsel i Piles de Combustible

Màquines Tèrmiques: Definició i Tipus

Les màquines tèrmiques són aquelles que transformen l'energia tèrmica en energia mecànica o a l'inrevés. Un motor tèrmic és una màquina motriu que transforma l'energia tèrmica o la calor en energia mecànica.

Tipus de Màquines Tèrmiques

• Màquines tèrmiques de combustió externa: El combustible es crema a fora de la màquina i s'aprofita la calor despresa per escalfar i vaporitzar l'aigua. El vapor d'aigua produït és el que s'encarregarà, a través d'una sèrie de dispositius, de realitzar el treball motriu.
• Màquines de combustió interna: El combustible es crema a l'interior de la màquina i són els gasos produïts en la combustió els encarregats de produir el treball motriu.

Mecanismes de Moviment

• Màquines alternatives: Deuen el seu nom al fet que incorporen un èmbol o pistó que té moviment rectilini alternatiu i un mecanisme de biela-manovella per a transformar el moviment alternatiu en moviment de rotació.
• Màquines rotatives: Produeixen directament el moviment de rotació.

Mecanisme de la Màquina de Vapor

L'augment de pressió provocat per l'escalfament de l'aigua, que es transforma en vapor, mou un pistó, el qual, al seu torn, fa girar una roda. El cilindre compta amb una vàlvula de sortida.

En cremar combustible s'obté vapor d'aigua que recorre un circuit fins a arribar a un cilindre, en el qual empeny un pistó que al seu torn mou una roda. Quan el pistó aconsegueix l'extrem del cilindre, s'obre la vàlvula de sortida, i el pistó torna cap a l'esquerra empès per la roda. Al final d'aquest recorregut del cilindre es tanca la vàlvula de sortida i es torna a obrir la vàlvula (d'admissió, implícitament, per reiniciar el cicle).

Motors de Quatre Temps (4T)

Els motors de 4T utilitzen la gasolina com a combustible i, amb un mecanisme de biela-manovella, transformen el moviment rectilini alternatiu del pistó en un moviment de rotació, igual que ho fan les màquines de vapor. El cicle de 4T també és conegut com el Cicle Otto.

Fases del Cicle Otto

1. Admissió (1T)

   Comença quan el pistó està a punt d'arribar al PMS (Punt Mort Superior). La vàlvula d'admissió s'obre a través de l'arbre de lleves, accionat per la corretja o cadena de la distribució. La depressió (buit) provocada pel desplaçament del pistó cap a la part inferior del cilindre (PMI), xucla l'aire de l'exterior que omple el cilindre. En aquest procés s'injecta la gasolina dins del cilindre a través del sistema d'injecció electrònica.

2. Compressió (2T)

   Comença tot just després del temps d'admissió. La vàlvula d'admissió es tanca i el pistó, desplaçant-se cap a la part superior del cilindre, comprimeix la mescla d'aire i combustible just abans d'arribar al PMS.

3. Explosió (3T)

   Després de la compressió, una guspira produïda per la bugia inflama la mescla i provoca l'explosió. En aquest moment es produeix una gran quantitat de gasos que empenyen amb força el pistó cap a la part inferior del cilindre (PMI).

   Nota: Només el tercer temps és productiu.

4. Escapament (4T)

   Un cop el pistó ha arribat a la part inferior del cilindre, s'obre la vàlvula d'escapament i surten els gasos gràcies al moviment ascendent del pistó. Quan el pistó arriba al PMS, la vàlvula d'escapament es tanca, s'obre la d'admissió i el cicle torna a començar pel primer temps.

Cicle Dièsel

El motor dièsel té cilindres que segueixen un cicle de quatre temps, com el de gasolina, però amb algunes diferències clau:

1. En l'admissió només entra aire dins del cilindre.
2. Aquest aire és comprimit fortament pel pistó fins a arribar gairebé al PMS.
3. Llavors el combustible, normalment gasoil, és injectat a alta pressió dins del cilindre (directament o a través de la cambra de combustió) per un injector que és accionat per una potent bomba.
4. El combustible entra en contacte amb l'aire calent (a causa de l'alta compressió) i es produeix l'autocombustió.

La resta del cicle segueix igual que en un motor de cicle Otto.

Comparativa: Motors 4T i 2T

Les motocicletes utilitzen motors d'explosió. Les més grans i potents acostumen a dur motors de 4T, mentre que les més petites utilitzen motors de 2T.

Característiques dels Motors de 2T

• Són més lleugers i més senzills que els de 4T.
• Funcionen de manera molt similar als 4T.
• Utilitzen gasolina mesclada amb oli que lubrifica totes les parts mòbils del motor per reduir el fregament.

Piles de Combustible

Les piles de combustible produeixen electricitat a partir d'un combustible, normalment l'hidrogen. Emeten vapor d'aigua a l'atmosfera, que no és contaminant ni produeix l'efecte hivernacle. Mentre tinguin combustible, poden generar electricitat de manera continuada.