5 Màquines de combustió interna rotatives

Les màquines de combustió interna rotatives més comunes són les turbines de gas i els turboreactors. Les  turbines de gas són utilitzades en l’accionament d’alternadors per a la producció d’electricitat, i els  turboreactors són utilitzats en el camp de l’aeronàutica. La conversió de l’energia del combustible en energia mecànica es produeix en un sistema rotatiu que repercuteix directament sobre l’eix de sortida.

En aquests tipus de motors, es repeteixen les quatre fases d’un motor alternatiu: admissió, compressió, explosió i escapament, però amb una estructura de motor totalment diferent.

SABIES QUE...

 5.1. La turbina de gas de cicle obert

Fig.3.34 . Turbina de gas de cicle obert
Fig.3.34 Turbina de gas de cicle obert

Les turbines de gas de cicle obert són emprades en la producció d’electricitat en centrals elèctriques alimentades amb gas.

En la turbina de gas, el gas natural entra a la cambra de combustió, on es barreja amb l’aire procedent de l’exterior a gran velocitat, de manera que els gasos de la combustió s’expandeixen i passen a gran velocitat a través dels àleps d’una turbina, obligant-la a girar. L’eix d’aquesta fa girar un compressor que absorbeix l’aire de l’exterior i el comprimeix a gran velocitat, impulsant-lo a la cambra de combustió. A la cambra de combustió s’arriba a temperatures d’uns 1 300 oC a una pressió d’entre 10 i 30 bar.

Fig.3.33 Turbina de gas de cicle obert

Quan els gasos surten a l’exterior, tenen una temperatura d’entre 450 oC i 600 oC. El seu rendiment està al voltant del 35%.

En algunes instal·lacions, per millorar el rendiment d’aquestes turbines, els gasos de sortida s’utilitzen per generar vapor en una altra caldera, la qual injecta el seu vapor a una segona turbina que genera més energia mecànica. Aquest sistema permet recuperar una part de l’energia, i pot arribar, globalment, a rendiments del 50%.

 
La turbina de gas de cicle obert

Les turbines de gas de cicle obert es fan servir per produir energia elèctrica principalment. Ordena les frases següents relacionades amb el seu funcionament.
Recorda que les turbines de gas de cicle obert segueixen les quatre fases del motor 4T: admissió, compressió, explosió i escapament; però tenen una estructura totalment diferent.
  • El gas natural entra a la cambra de combustió
  • Es barreja el combustible i l’aire
  • Els gasos de combustió passen a gran velocitat a través dels àleps
  • L’eix de la turbina gira i aquest fa girar el compressor
  • Entra aire de l’exterior a la cambra de combustió i s’arriba a una temperatura de 1300ºC

 5.2. El turboreactor

Fig.3.36 . Turboreactors
Fig.3.36 Turboreactors

El turboreactor és una variant de la turbina de gas de cicle obert que té aplicació en el camp de l’aeronàutica.

Les quatre fases del motor: admissió, compressió, explosió i escapament, es produeixen simultàniament, i en aquesta seqüència, al llarg del turboreactor.

Després de l’etapa d’admissió de l’aire, aquest és comprimit per un compressor de turbina cap a la cambra de combustió, on barrejat amb el combustible es produeix una combustió continuada. Els gasos generats són expulsats cap l’exterior, a alta temperatura i a gran velocitat, tot passant pels àleps de la turbina que gira solidària a l’eix del compressor, el qual força l’entrada d’aire a pressió. En aquests motors, els gasos de sortida són expulsats a una enorme velocitat. Pel principi d’acció-reacció s’origina una empenta del motor en sentit contrari, que el fa avançar.

Els turboreactors utilitzen com a combustible el  querosè, que és un derivat del petroli. El querosè es congela a –47 oC, mentre que el gasoil ho fa a –10 oC, cosa que el fa apte per als avions, que a les altituds habituals de vol poden arribar a temperatures de fins a –35 ºC.

WEB

 
El turboreactor

El turboreactor és una variant de la turbina de gas de cicle obert que té aplicació en el camp de l’aeronàutica. Indica si les afirmacions següents són vertaderes o falses.
Recorda que el turboreactor segueix les quatre fases del motor de 4T: admissió, compressió, exposició i escapament.
En un turboreactor es produeixen les quatre fases de manera simultània.
Els gasos generats són expulsats a l’exterior a baixa temperatura i lentament.
El principi d’acció-reacció crea una empenta en sentit contrari que el fa avançar.
Utilitzen gas natural com a combustible.
Aquests tipus de motors solen ser els habituals als avions.

 
Màquines de combustió interna rotatives

Les màquines de combustió interna rotatives més utilitzades són les turbines de gas i els turboreactors. Aquestes dues màquines presenten diferències. Relaciona cada característica amb el tipus de màquina que correspongui.
Recorda que hi ha poques diferències, una de les més evidents és el combustible utilitzat. A les turbines de gas el combustible és, evidentment, el gas; als turboreactors el combustible és el querosè.

 ACTIVITATS

16

Cerca a Internet algun vídeo que mostri el funcionament d’un turboreactor. Mira’l amb detall per comprendre’n el funcionament, tot identificant les parts descrites en el text.

17

Com es pot explicar que en una turbina de gas de cicle obert, l’expansió dels gasos a la cambra de combustió fa que no retornin de nou cap a l’entrada.

18

Esbrina com s’origina i es manté la combustió en un turboreactor.