Motors tèrmics.TECNOLOGIA

Alicia Moros

ELS MOTORS, LA BASE DE LA VIDA QUOTIDIANA Els primers motors feien servir la força muscular i, desprès, la força del vent i de

l’aigua.

Amb la revolució industrial van aparèixer les primeres grans màquines (filadores, telers...) , que funcionaven inicialment amb la força dels braços, i més tard es van fer anar amb grans rodes hidràuliques. Més tard es van utilitzar les màquines de vapor, i van aparèixer, els motors de combustió interna i els motors elèctrics.

ELS MOTORS HIDRÀULICS I LA TURBINA HIDRÀULICA Els motors hidràulics funcionen amb energia de l’aigua. Es situada a un nivell

superior, en un embassament, té energia potencial. Quan l’aigua es conduïda per la canonada, pren velocitat, i es quan té energia cinètica. L’energia cinètica quan arriba al motor, es transforma en energia mecànica i fa girar el seu eix i produeix energia elèctrica.

La turbina hidràulica és formada per àleps. L’aigua, canalitzada per uns injectors de pressió, és projectada contra el àleps del rodet i fa girar l’eix a gran velocitat.

Turbina hidràulicaMotor hidràulic

ELS MOTORS TÈRMICS Els motors tèrmics converteixen l’energia tèrmica en energia mecànica. Pot

utilitzar-se per moure altres màquines, generar electricitat, bombar aigua o propulsar vehicles.

Els moviments que es poden obtenir amb aquests motors són de diversos tipus: rectilini, alternatiu o rotatiu.

Classificació dels motors tèrmicsPoden ser de combustió externa (quan la combustió té lloc fora del motor) o de combustió interna ( quan la combustió té lloc dins el motor) , segons el lloc on es produeix la combustió.

APLICACIONS UTILITZACIÓMàquina de vapor Locomotores de vaporTurbina de vapor Centrals elèctriques i alguns vaixellsMotor d’explosió Vehicles automòbils com motos, cotxes i camions,

tractors o maquinària d’obres públiques

Turbina de gas Centrals elèctriquesMotors de reacció Per moure els avions de reacció

Combustió externa

Combustió interna

LA TERMODINÀMICA

La termodinàmica son motors tèrmics que es basen en les lleis de la branca de la

física. Estudia l’energia tèrmica i la seva transformació en altres formes d’energia o

viceversa.

Es basa en diferents lleis i principis on hi ha una transformació d’energia

La llei de conservació de l’energia afirma que l’energia no es pot crear ni destruir, només es pot transformar. És possible transformar-la en un altre tipus d’energia, un cop obtinguda i amb la tecnologia adient. La conservació de l’energia permet la transformació de la calor en treball i a l’inrevés.

MOTORS DE COMBUSTIÓ EXTERNA

Funcionen amb el vapor que es produeix quan es crema el combustible del fogar d’una caldera per escalfar aigua. El vapor que es produeix a la caldera, s’expandeix i es veu forçat a sortir-ne a gran pressió per uns conductes que el porten fins al motor pròpiament dit, el cilindre de la màquina de vapor o la turbina, un cop el vapor a passat, s’ha de condensar per tal d’aconseguir que disminueixi de volum per poder entrar el vapor. L’aigua és retornada a la caldera per començar de nou el cicle.

La condensació del vapor es produeix al condensador.

UN MOTOR EMBLEMÀTIC: LA MÀQUINA DE VAPOR Va ser el primer motor revolucionari, per poder permetre instal·lar fàbriques, perquè

pogués arribar carbó mineral que s’utilitzava com a combustible. Les primeres màquines de vapor servien per bombar aigua de mines i canals. L’any 1769, l’enginyer anglès J. Watt, va perfeccionar la màquina de vapor ( modificar el

sistema de condensació del vapor i transformar el moviment rectilini alternatiu en el mecanisme de biela-manovella. Gràcies a l’acoblament del distribuïdor i el regulador va millorar el rendiment.

La màquina de vapor es un motor històric, però el conjunt cilindre-pistó i biela-manovella constitueix la base del funcionament dels motors de la majoria de vehicles actuals: els motors d'explosió.

ELEMENTS BÀSICS DE LA MÀQUINA DE VAPOR Cilindre i èmbol: El cilindre és la part de la màquina on s’expandeix el vapor que

arriba a pressió procedent de la caldera. Consisteix en un cos metàl·lic de forma cilíndrica que conte un disc (èmbol o pistó), que s’ajusta a la paret interna del cilindre i es por desplaçar longitudinalment en un moviment rectilini alternatiu. Aquest èmbol subjecta una barra (tija). El vapor entra per un mecanisme anomenat distribuïdor, que empeny el pistó , la tija es desplaça cap a l’altre extrem i retorna a la posició inicial.

La biela: Barra unida per un dels extrems de la tija perquè pugui girar sobre l’extrem formant una articulació. L’altre extrem de la biela fa girar una roda (volant), per una manovella.

El volant d’inèrcia: És una roda grossa i pesant, que actua de politja, transmet el moviment circular del volant a una altra roda (politja). Les corretges fan funcionar a les màquines.

El regulador de boles o de Watt: ÉS un mecanisme articulat que permet controlar la velocitat de la màquina perquè sigui constant. Va ser un dels primers mecanismes de control automàtic

MOTORS DE COMBUSTIÓ INTERNA Reben aquest nom perquè la combustió es produeix dins del motor (cambra de

combustió). És parla de motors d'explosió perquè la combustió es produïda per un seguit

d’explosions controlades. Dos tipus de motors:

Encesa per guspira o Otto, consumeixen la gasolina o gasos liquats a pressió. D’explosió per la compressió de gasos o dièsel.

Segons el cicle de funcionament: Motors de dos temps. Motors de quatre temps.

Es poden classificar segons el nombre de cilindres. D’un a quatre, en les motos. De quatre a vuit, en els cotxes. Més de vuit, pels avions.

PARTS DEL MOTOR D’EXPLOSIÓLA CULATA Peça de ferro que fa de tapa als cilindres.

Les vàlvules permeten regular l’entrada d’aire i la sortida de gasos cremats. Hi ha

dues vàlvules per cada cilindre; admissió i escapament. L’arbre de lleves i els balancins, fan possible el funcionament de la culata.

La tapa de la culata o de balancins, son peces de planxes d’acer en forma de tapa per abocar oli.

La cambra de combustió, és la part inferior a la culata formada per petites concavitats, és el lloc on es cremen els combustibles i l’aire.

Els col·lector d’admissió i escapament, estan situats als laterals i permeten l’entrada de l’aire o de la mescla i sortida de gasos.

EL BLOC És la peça més voluminosa del motor.

Feta de ferro i petites proporcions de metalls, té una gran resistència a la deformació.

Al bloc, hi ha diferents elements: Els cilindres i els punts de suport del cigonyal (coixinets), aquests s’uneixen a les bieles

i pistons.

L’arbre de lleves, es troba en alguns motors antics, que accionen les vàlvules de la culata, mitjançant unes barnilles.

Hi ha diferents conductes que coincideixen quan les dues parts s’acoblen: Les cambres d’aigua, per on circula l’aigua de la refrigeració del motor.

Els conductes d’oli de lubrificació.

EL CÀRTER És una cai metàl·lica que va fixada a la part inferior del bloc mitjançant cargols.

Serveix per protegir el cigonyal i com a dipòsit d’oli a la lubrificació i refrigeració del motor.

MECANISMES DEL MOTOR D’EXPLOSIÓ Totes les peces que configuren el motor estan interrelacionades a partir d’una

mecanismes. Pel funcionament intern del motor, son bàsics els mecanismes de:

Mecanisme pistó-biela: Format pel pistó que és una peça cilíndrica que es desplaça amb un moviment alternatiu dins del cilindre. La biela, que acostumen a ser d’un aliatge d’acer, uneix el pistó al cingonyal.

Mecanisme de distribució: És el conjunt de mecanismes moguts pel motor que permeten regular l’entrada i sortida dels gasos a la cambra de combustió. Els seus elements fonamentals son les vàlvules i l’eix. L’obertura i tancament de les vàlvules, es fa mitjançant els balancins i taquets.

SISTEMES DEL MOTOR D’EXPLOSIÓ Sistemes d’alimentació del motor:

L’injector, serveix per que el carburant entri amb la quantitat necessària directament a la cambra de combustió i es produeixi en el moment precís l’explosió. Hi ha injector de tipus mecànic i de tipus electrònic.

Amb la finalitat d’augmentar el rendiment del motors, sovint s'instal·la un aparell constituït per una turbina i un compressor (turbocompressor) que té la finalitat d’incrementar la pressió amb la que entra l’aire.

El carburador, és l’aparell que mescla el carburant i l’aire en la proporció adequada.

SISTEMA ELÈCTRIC D’ENCESA En els motors d’encesa per guspira la combustió de la mescla es fa mitjançant les

bugies. Les bugies són elements instal·lats a la culata, que disposen d’elèctrodes, situats a la cambra de combustió.

Perquè es produeixi la guspira, uns sistemes electrònics especials fan que els elèctrodes de la bugia rebin corrent d’alta tensió, moment en el qual salta un arc elèctric que provoca la guspira, l’encesa.

La bugia es compon d’un elèctrode central (platí, níquel o manganès) i d’un cos exterior d’acer, que inclou l’elèctrode de massa separat una distància determinada de l’elèctrode central.

SISTEMA DE REFRIGERACIÓ

Poden ser : En els motors refrigerats per aire, els cilindres i la culata tenen unes aletes que, en

augmentar la superfície de contacte amb l’aire, fan possible la dissipació de la calor.7

En els motors refrigerats per aigua, la calor produïda en el motor és absorbida, per l’aigua del circuit. El termòstat és una vàlvula que regula el pas de l’aigua al radiador. El radiador permet la dissipació de la calor corresponent a l’energia calorífica. És format per dos dipòsits d’aigua, un de superior i un d’inferior, units entre si per un conjunt de petits tubs que disposen d’unes aletes en sentit transversal que afavoreixen el contacte amb l’aire. També formen part d’aquest circuit els tubs o canonades que condueixen l’aigua des d’un dipòsit fins al radiador.

SISTEMA DE GREIXATGE El circuit de greixatge és totalment independent del de refrigeració, té la funció de

refrigerar determinats òrgans del motor.

L’oli (de procedència vegetal, sintètica o mineral), que s’introdueix per la culata, baixa per les parets internes de la culata i el bloc fins al càrter; una bomba recull l’oli i, desprès de fer-lo passar pel filtre, l’envia a pressió per les conduccions adequades fins als diferents òrgans del motor.

EL MOTOR D’EXPLOSIÓ DE QUATRE TEMPS D’OTTO És divideix en quatre fases o cicles:

1. Fase d’admissió. La vàlvula d’admissió s’obre automàticament i el pistó inicia el descens des del punt mort superior fins al punt mort inferior, i crea un buit a que fa entrar l’aire i la gasolina provinent del conducte d’aspiració i de l’injector, respectivament. Quan el pistó arriba al PMI ja ha solucionat la quantitat necessària d’aquesta mescla.

2. Fase de compressió. La vàlvula d’admissió es tanca i la d’escapament continua tancada; el pistó es desplaça des del PMI fins al PMS i comprimeix el fluid de l’interior del cilindre, que provoca un augment de la pressió i de la temperatura fins a valors que permeten la combustió.

3. Fase d’explosió i expansió. Les dues vàlvules estan tancades. La bugia genera una guspira elèctrica i es produeix l’encesa de la mescla; s’origina l’expansió dels gasos que provoca l’empenyiment del pistó cap al PMI. Té lloc la transformació de l’energia calorífica en mecànica.

4. Fase d’escapament. La vàlvula d’escapament s’obre i el pistó inicia l’ascens i va expulsant els gasos cremats de l’interior del cilindre; en arribar al PMS es tanca la vàlvula d’escapament i s’inicia novament el cicle.

EL MOTOR DIÈSEL En els motors d’explosió dièsel, les fases, bàsicament són les mateixes.

En la fase d’ admissió, tan sols entra aire al cilindre, que és comprimit, i el carburant polvoritzat s’injecta dins el cilindre. En la tercera fase; la forta pressió a què és sotmesa la mescla en provoca la combustió.

CURSA I CILINDRADA La cursa, és la distància recorreguda pel pistó des del PMS fins al PMI.

La cilindrada d’un cilindre és el volum de mescla que cap dins del cilindre. S’expressa en centímetres cúbics i es calcula mitjançant la fórmula següent:

1.000

EL MOTOR D’EXPLOSIÓ DE DOS TEMPS És utilitzat en motos petites, petits generadors de corrent elèctric, màquines agrícoles

de petites dimensions, etc.

En lloc de vàlvules, en el cilindre hi ha tres orificis que s’obren i es tanquen amb el mateix moviment del pistó: el d’admissió, el de càrrega i el d’escapament.

LES FASES DEL MOTOR D’EXPLOSIÓ DE DOS TEMPS1. Fase d’ admissió-compressió. El pistó parteix del PMI i puja, s’introdueix una

càrrega de combustible en el càrter. En continuar pujant, tanca l’orifici d’escapament i el de càrrega. Immediatament abans del PMS s’encén la mescla i el pistó surt impulsat cap avall.

2. Fase d’explosió-escapament. En baixar, el pistó descobreix l’orifici d’escapament i permet que els gasos cremats surtin. La part inferior del pistó actua com una bomba i impulsa la mescla que hi ha en el càrter cap a l’orifici de càrrega. La mescla arriba, finalment, a la cambra de combustió.