Motor tèrmic
 |
S'ha sugerit que est artícul o secció siga fusionat en [[::Màquina tèrmica|Màquina tèrmica]] . (Discussió). Una volta hages realisat la fusió d'artículs, demana la fusió d'historials en WP:TAB/F. |
Un motor tèrmic és una màquina tèrmica que transforma calor en treball mecànic[1] per mig de l'aprofitament del gradient de temperatura entre una font de calor (foc calent) i un sumidero de calor (foc fret). La calor es transferix de la font al sumidero i, durant este procés, alguna cosa de la calor es convertix en treball per mig de l'aprofitament de les propietats d'un decorregut de treball, usualment un gas o el vapor d'un líquit.
La calor requerida per al bon funcionament d'una màquina tèrmica procedix de l'energia química lliberada en una combustió, sent absorbit per un decorregut motor que posa en moviment una série de peces mecàniques.
Si la combustió té lloc fora del motor, les màquines reben el nom de màquines de combustió externa, i si la combustió té lloc dins de la màquina, les màquines reben el nom de màquines de combustió interna. El moviment produït pot ser alternatiu o rotatiu.
El decorregut motor sol ser el vapor d'aigua, l'aire o la mescla de gasos resultants de la combustió del petròleu o de gasos combustibles.[2] En els motors de combustió interna la combustió es realisa en el decorregut motor, i en els motors de combustió externa existixen dos decorreguts, a on s'intercanvia calor entre abdós. En les centrals nuclears la calor procedix de l'energia lliberada en la fissió nuclear del urani o del plutoni, sent extret per una substància refrigerante que ho cedix a un circuit secundari a través d'un cambiador de calor.
Història
[editar | editar còdic]En 1765 l'escocés James Watt va fabricar la primera màquina de vapor eficient, i va significar ademés el començ de la Revolució Industrial, naixcuda com a conseqüència de la substitució de l'esforç muscular pel treball de les màquines. La màquina de vapor va ser un triumfo de la tecnologia que va fer sorgir fàbricas en la majoria de països, al mateix temps que elevava el nivell de benestar de la societat.
Un sigle més tarde els motors de combustió interna varen revolucionar el transport terrestre, marítim i aéreu.
Màquina de vapor
[editar | editar còdic]La màquina de vapor és una màquina de combustió externa que aprofita la força expansiva del vapor d'aigua per a moure un émbolo i produir treball.
Història de la màquina de vapor
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Història de la màquina de vapor.
En 1691, l'ingenier militar anglés Thomas Savery va ser pioner en utilisar la pressió del vapor d'aigua per a extraure aigua de minas i pous i moure una roda hidràulica. Normalment la pressió del vapor d'aigua solia rebentar calderes i canonadas, i ademés, era poc eficaç perque es perdia la calor del vapor d'aigua cada volta que es gelava el recipient.
En 1698 Thomas Savery va patentar el seu descobriment, i el ferrer anglés Thomas Newcomen va construir una màquina més perfecta, que treballava a baixes pressions. Ademés, contava en un pistón i un cilindre. En la pressió de l'aire podia moure el pistón.
En 1765 el mecànic escocés James Watt va millorar la màquina de Thomas Newcomen, i en 1782 va construir la primera màquina de vapor.
En 1787 l'inventor nortamericà John Fitch va construir un barco de vapor, encara que este va fracassar financerament.
En 1807 Robert Fulton va botar el Clermont, el primer barco de vapor.
En 1814 l'anglés George Stephenson va construir la primera locomotora de vapor.
Funcionament de la màquina de vapor
[editar | editar còdic]- Llar: Exterior de la màquina, a on es realisa la combustió.
- Caldera: Recipient d'acer a on es genera vapor d'aigua. Està proveïda d'un nivell d'aigua per a observar l'altura d'esta, un manómetro per a medir la pressió interior, i una vàlvula de seguritat que s'obri quan la pressió alcança un determinat valor, evitant aixina que es produïxca una explosió. L'aigua és impulsada per una bomba i penetra en la caldera en estat líquit, a alta pressió i a temperatura ambiente. En la caldera l'aigua es calfa i es vaporiza passant a un sobrecalentador conectat a la caldera, a on la temperatura aumenta i es manté la pressió. El vapor d'aigua passa finalment al cilindre.
- Cilindre motor: Està constituït per la caixa de distribució, la corredera i el émbolo. El vapor d'aigua penetra en la caixa de distribució i entra en contacte en el émbolo al mateix temps que el vapor d'aigua és espentat cap a un orifici per a on escapa dirigint-se cap a la fumeral o al condensador. En el condensador, el vapor restant es licúa i cedix al refrigerante. El líquit condensado és enviat novament per la bomba a la caldera, completant aixina el cicle.
- Òrguens transformadors del moviment: Estos òrguens són el refillol, la biela i la manivela, tres varetes articulades que transformar el moviment alternatiu del émbolo en moviment circular. El refillol està unit a la biela per mig d'una creuera. La manivela gira a un volant d'inèrcia, la missió de la qual és mantindre constant la velocitat angular. El volant du acoplat una excèntrica, que regula el moviment de la corredera.
Cicle de Rankine
[editar | editar còdic]
El procés d'expansió del vapor d'aigua contra el émbolo és adiabàtic, pero no reversible, per lo que no és isoentrópico.
Per a que una màquina tèrmica seguira el cicle de Carnot caldria detindre la condensació del vapor ans que es licue per complet i, per mig d'un compressor, conseguir que la mescla vapor-líquit alcanç el seu licuación completa a la temperatura de la caldera.
Com açò resulta impossible, l'ingenier escocés J. M. Rankine va propondre una modificació del cicle de Carnot, denominat cicle de Rankine.
- L'aigua líquida de la caldera absorbix la calor de la llar, eleva la seua temperatura a pressió constant. Mantenint la temperatura i la pressió constants es transforma en vapor saturat i sec reversiblement.
- El vapor saturat s'expandix en l'interior de la màquina de forma adiabàtica i reversible, fins a alcançar la temperatura del refrigerador i es condensa. El treball en este cas és positiu.
- Proseguix la condensació a temperatura i pressió constants, formant-se aixina líquit saturat.
- El líquit saturat es comprimix fins a alcançar la temperatura i la pressió de la caldera.
En un cicle de Rankine en sobrecalentamiento, la temperatura mija a la que s'absorbix la calor implica un major rendiment. El vapor permaneix sec durant tota l'expansió adiabàtica, per lo que disminuïx els perills a la corrosió.
Potència de la màquina de vapor
[editar | editar còdic]La potència d'una màquina de vapor depén de la pressió i la cantitat de vapor d'aigua admesa pel cilindre en l'unitat de temps. Com la pressió varia, es considera un valor promig cridat pressió mija efectiva.
La cantitat de vapor d'aigua per unitat de temps és igual al volum del cilindre corresponent a cada revolució multiplicat pel número de revolucions en unitat de temps. El volum es calcula multiplicant la secció del émbolo per la llongitut de la carrera.
sent
- la potència de la màquina,
- la pressió mija efectiva,
- la llongitut de la carrera,
- la secció del émbolo,
- el número de revolucions per unitat de temps.
Quan el vapor d'aigua actua sobre abdós cares del émbolo, la potència teòrica desenrollada és el doble d'este valor.
A causa de rozamientos i atres pèrdues, realment la potència sol ser un 70 o un 90 % que la potència citada.
El tamany de la màquina de vapor es llimita a potències de 1000 CV, a velocitats de 213 m/min, a pressions de 14 kp/cm², a temperatures de 315 °C i a rendiments del 30 %.
Les màquines de vapor s'han utilisat com a òrguens motors de locomotoras, i barcos. Actualment, han segut substituïdes per motors de combustió.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Flórez; Agramunt, {{{nom2}}}; Farrús, {{{nom3}}}; Carles, {{{nom4}}} (31 de decembre de 2004). Màquines tèrmiques motores (volum I) (en és), Univ. Politèc. de Catalunya. ISBN 9788498802047.
- ↑ SÁNCHEZ, JOSÉ ANTONIO FIDALGO; PÉREZ, MANUEL FERNÁNDEZ; FERNÁNDEZ, FERNÁNDEZ NOEMÍ (2016). Tecnologia Industrial II (en és), Edicions Paraninfo, S.A.. ISBN 9788428333085.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Motor térmico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.