Motors de Combustió Interna i Principis de Termodinàmica

Què és un Motor?

Un motor és una màquina que permet transformar algun tipus d'energia en energia mecànica.

Motor de Combustió Interna

És una màquina que transforma energia calorífica en energia mecànica. La combustió es duu a terme dins del mateix motor.

Tipus de Màquines Tèrmiques

• De combustió externa:
  • Alternatives: Màquina de vapor
  • Rotatives: Turbina de vapor
• De combustió interna:
  • Alternatives:
    • D'encesa provocada (Otto)
    • D'encesa per compressió (Dièsel)
  • Rotatives:
    • Turbines de gas de cicle obert
    • Motor Wankel

Classificació dels Motors de Combustió Interna (CI)

• Segons el cicle que fan: Otto o Dièsel.
• Segons la forma en què fan el cicle: 2 temps (2T) o 4 temps (4T).
• Segons la pressió d'admissió: Atmosfèrics o sobrealimentats.
• Segons el nombre de cilindres i la seva disposició: En V, en estrella (*), en línia.
• Segons la seva ubicació en el vehicle.

Conceptes d'Equilibri

Tipus d'Equilibri

• Equilibri Químic: La composició química roman constant en el temps.
• Equilibri Mecànic: No hi ha moviment a nivell macroscòpic.
• Equilibri Tèrmic: La temperatura és la mateixa a qualsevol punt del sistema.

Estats d'Equilibri

En funció de l'estat de l'equilibri:

• Reversible: La transformació d'un estat inicial a un altre final ha tingut lloc a través d'una sèrie contínua d'estats en equilibri.
• Irreversible: Quan una substància passa d'un estat inicial a un altre final a través d'una transformació on, en algun o tot moment, el sistema no ha estat en equilibri.

Principis de la Termodinàmica

• Primer Principi (Conservació de l'Energia): L'energia ni es crea ni es destrueix, es transforma (calor en treball i viceversa).
• Segon Principi (Degradació de l'Energia): No és possible transformar totalment la calor en treball.
• Tercer Principi: L'entropia d'un cristall perfecte és zero en el zero absolut de temperatura, el qual és físicament inabastable.

Transformacions Termodinàmiques

• Isòcora (a Volum constant): El sistema evoluciona sense variar el volum.
• Isòbara (a Pressió constant): El sistema evoluciona sense variar la pressió.
• Isotèrmica (a Temperatura constant): El sistema evoluciona sense variar la temperatura.
• Adiabàtica (o Isentròpica): El sistema evoluciona sense intercanviar calor amb l'exterior; l'entropia és constant.

Assajos de Motors

Tipus de Proves

• Potència
• Emissions contaminants
• Fiabilitat
• Renous i vibracions

Finalitat dels Assajos

• Investigació: Nous materials, evolucions, nous sistemes auxiliars, nous combustibles.
• Producció: Control de qualitat, prestacions, fiabilitat, durabilitat de components.
• Homologació: Verificar característiques tècniques.
• Recepció: Verificar prestacions del motor a l'entrega (especialment per a motors d'alt cost i baixa producció).

El Cicle Otto (Motor de 4 Temps)

1. Admissió: Vàlvula d'admissió oberta, el pistó descendeix (del PMS al PMI), mitja volta de cigonyal. El volum augmenta del mínim al màxim, pressió constant (idealment).
2. Compressió: Vàlvules tancades (l'admissió es tanca), el pistó puja (del PMI al PMS), mitja volta més de cigonyal. El volum baixa del màxim al mínim, la pressió augmenta. Procés adiabàtic (idealment).
3. Expansió/Explosió: Vàlvules tancades. El pistó és al PMS, es produeix la guspira (encesa), la combustió augmenta ràpidament la pressió i temperatura. El pistó baixa fins al PMI empès pels gasos, mitja volta més de cigonyal. Procés adiabàtic (idealment).
4. Escapament: Vàlvula d'escapament oberta, el pistó puja del PMI al PMS, mitja volta més de cigonyal (completant 2 voltes en total). Els gasos cremats són expulsats. Es cedeix calor a l'ambient.