ENERGIA I MÀQUINES TÈRMIQUES
energia i màquines tèrmiques ens són molt familiars perquè formen 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.
𝑊=𝐹⋅𝑠 (J)
1 joule=1 newton⋅1 metre
𝑃=𝑊Δ𝑡
Δ𝑡
, l’interval de temps en segons en el qual es duu a terme el treball.
1 watt=1 joule1 segon
energia i màquines tèrmiques ens són molt familiars perquè formen 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 d’aquests vehicles de competició tenen unes característiques excepcionals de potència i lleugeresa per tal d’obtenir les màximes prestacions d’acceleració i de velocitat punta. Incorporen motors de quatre cilindres i de quatre temps, amb cilindrades que van dels 800 cm3 als 1 000 cm3. S’obtenen potències que poden arribar a més de 160 kW (220 CV).
L’era dels motors tèrmics va començar amb les màquines de vapor, a l’època de la Revolució Industrial.
1.1. Transformació de l’energia tèrmica en energia mecànica
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.
L’energia tèrmica subministrada a un motor tèrmic no es transforma totalment en energia mecànica. Una part es dissipa en forma de calor, i si no s’aprofita d’alguna manera es considera que és una energia perduda.
Els motors tèrmics tenen la seva principal aplicació en el transport: vehicles terrestres, avions i vaixells. També tenen aplicació en les centrals tèrmiques de producció d’energia elèctrica, en què la combustió del carbó, el fuel o el gas natural fa girar una turbina que provoca el moviment del generador elèctric. En tots els casos, l’energia tèrmica excedent s’ha d’evacuar del sistema a través d’un radiador o d’una torre de refrigeració.
.
També són considerades màquines tèrmiques les màquines frigorífiques i les bombes de calor que s’utilitzen per a la refrigeració i conservació d’aliments o per climatitzar edificis.
Un motor tèrmic és una màquina motriu que transforma l’energia tèrmica o calor en energia mecànica.
La classificació dels motors tèrmics és:
En les màquines de combustió externa, el combustible es crema a fora de la màquina per escalfar aigua fins a convertir-la en vapor. El vapor a pressió es condueix al mecanisme que transforma la seva força en energia mecànica.
En les màquines de combustió interna, el combustible es crema a l’interior del motor i l’expansió dels gasos es transforma en energia mecànica.
En els motors hi ha dos tipus de mecanismes per a l’obtenció de l’energia mecànica de rotació. En els motors rotatius, la conversió de l’energia tèrmica en un moviment motriu es produeix en mecanismes rotatius, sense intermediaris. En canvi, en els motors alternatius, la primera transferència d’energia es produeix sobre un element, anomenat èmbol, que té un desplaçament rectilini alternatiu, d’anada i tornada, que s’ha de convertir en giratori a través d’un sistema de biela-manovella.
1.2. Energia, treball i potència
El principi de funcionament de les màquines es basa en el concepte físic de treball.
S’anomena treball l’acció d’aplicar una o més forces sobre un cos i provocar o modificar el seu moviment.
L’expressió matemàtica de treball és:
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).
Fig.3.9 Aquesta persona fa una força de 200 N i desplaça la caixa 10 m. El treball que realitza és de 2 000 J.
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:
Quan s’efectua un treball, es consumeix una quantitat equivalent d’energia. Per això, per realitzar un treball cal disposar d’energia.
L’energia és la capacitat de realitzar un treball.
En conseqüència, la unitat de treball és la mateixa que la d’energia: el joule.
Segur que has sentit a parlar del terme potència en relació amb el motor d’un vehicle o alguna altra màquina. Aquest relaciona el treball físic amb el temps emprat per dur-lo a terme.
S’anomena potència el treball efectuat per unitat de temps. Dóna idea de la rapidesa amb què es pot realitzar un treball.
La modelització matemàtica de potència és:
On P es la potència en watts; W, el treball en joules; i
Fixa’t que la unitat de potència és el watt (W), ja que
Si un mateix treball es fa amb menys temps, la capacitat de realitzar-lo és més gran; per tant, la potència de la màquina és més elevada
1.3. El rendiment energètic
En qualsevol transformació d’energia es vol aconseguir la menor pèrdua d’energia possible, és a dir, que l’energia aportada a una màquina es transformi majoritàriament en energia útil.
El rendiment és una forma d’expressar l’eficiència d’una transformació energètica, que s’obté de relacionar l’energia útil (Eu) amb l’energia d’entrada (Ee). Es multiplica per 100 per obtenir el resultat en %.
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%.
Comentarios
Publicar un comentario