Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
UNITAT 3 MOTORS TÈRMICS
Cinta Prats
1 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
ÍNDEX Introducció 1. La Màquina de Vapor 2. La Turbina de Vapor 3. Motor d’Explosió Interna 3.1. Motor de Gasolina 3.1.1. Motor de quatre temps 3.1.2. Motor de dos temps 3.2. Motor Dièsel 4. Motor de Reacció
2 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
Introducció Les màquines tèrmiques són les que transformen l’energia tèrmica en energia mecànica capaç de moure cotxes, avions, vaixells , etc. Aquestes màquines capaces de fer aquestes transformacions energètiques ,a partir de la combustió de combustibles fòssils, són els anomenats motors tèrmics . Segons on realitzen la combustió els classifiquem de la següent manera :
Els motors de combustió externa el combustible es crema fora del motor, mentre que els motors de combustió interna , el combustible es crema dins de la màquina .
En aquesta unitat estudiarem els següents motors : •
Màquina de vapor( combustió externa)
•
Turbina de vapor ( combustió externa)
•
Motor d’explosió ( combustió interna)
•
Motor de reacció ( combustió interna )
3 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
1. La màquina de vapor La màquina de vapor és considerada un dels grans invents de la història humana , doncs, en el seu moment( Revolució industrial segle XIX) donar un gran pas dins de la tecnologia que va commocionar profundament a la societat . El funcionament d’aquesta màquina , consisteix en escalfar aigua , a través d’una caldera, per poder passar l’aigua a vapor .Aquest vapor passa a l’interior d’un cilindre on empeny a un pistó que està unit a una roda , a través d’un mecanisme biela
La caldera és el recipient tancat on es genera el vapor. L’aigua en el seu interior s’escalfa mitjançant algun combustible que es troba al fogar o forn. El vapor d’aigua que es produeix es comprimeix en el seu interior fins assolir una pressió adequada, que es mesurada amb un manòmetre . El cilindre motor està format per un cilindre buit en l’interior del qual es troba un èmbol perfectament ajustat. El vapor generat, un cop alliberat, exerceix pressió sobre l’èmbol i el posa en moviment .
4 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
El mecanisme de transformació de moviment converteix el moviment rectilini de vaivé produït per l’èmbol en un moviment circular. Per a fer-ho, ens cal el mecanisme biela-manovella .
El moviment del pistó
POSICIÓ 1 : El vapor entra a pressió al cilindre per la vàlvula A. POSICIÓ 2 : El vapor s’expandeix i empeny l’èmbol. POSICIÓ 3 : En produir-se el buit al condensador, el vapor és succionat a través de la vàlvula B. POSICIÓ 4: Quan el pistó arriba al final del recorregut, comença novament el cicle . 5 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
Una de les aplicacions de la mĂ quina de vapor va ser la locomotora :
Locomotora
6 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
2. Turbina de vapor Les turbines de vapor són dispositius capaços de generar energia mecànica quan són travessats per vapor d’aigua a gran pressió.
Consten de dues parts : distribuïdor( part fixa) i el rotor ( mòbil) , que està proveïda de paletes en les quals xoca el vapor. Quan aquest exerceix pressió sobre les paletes, el rotor gira i produeix un moviment de rotació en l’eix de sortida :
Turbina de VAPOR
Des de la seva invenció ( a finals del segle XIX) es va començar a utilitzar per produir electricitat . Actualment, les turbines de vapor es fan servir per moure els generadors de les centrals tèrmiques i nuclears.
7 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
3. Els motors d’explosió interna La combustió d’aquests motors , a diferència dels dos anterior , es realitza al seu interior . Segons el combustible que utilitzi, tenim dos tipus de motors : •
Motors de gasolina
•
Motors dièsel.
3.1. Motors de gasolina El combustible que s’utilitza és la gasolina . Per tant per fer explotar la mescla hem de crear una guspira a partir d’un dispositiu anomenat bugia . Podem aconseguir l’explosió en quatre fases( motors de quatre temps) o en dues ( motors de dos temps ) . Abans de començar a explicar els tipus de motors segons les seves fases , explicarem quins són els elements bàsics d’un motor .
8 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
El pistó és una peça d’acer que es desplaça a l’interior del cilindre i va unida a la biela. Rep l’empenta que es produeix durant la combustió . La biela és una peça rígida d’acer que transmet el moviment del pistó fins al cigonyal . El cigonyal transforma el moviment rectilini de la biela en un moviment de rotació. La vàlvula d’admissió permet l’entrada al cilindre de la mescla de combustible( gasolina i aire) . La vàlvula d’escapament permet la sortida a l’exterior dels gasos produïts en la combustió . L’arbre de lleves és un eix proveït d’unes peces anomenades lleves que faciliten l’obertura i tancament de les vàlvules . Corretja de distribució sincronitza el moviment del cigonyal amb l’arbre de lleves de manera que les vàlvules s’obre i es tanquen en el moment oportú.
9 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
Unes altres característiques del pistó són : •
PMS (Punt Mort Superior ): el punt més alt on puja el pistó
•
PMI (Punt Mort Inferior ) : Punt més baix que arriba el pistó
•
Volum del cilindre Vc : volum de mescla que hi ha en un cilindre
•
Cilindrada Vt : Volum de mescla que hi ha en un motor . Depèn del número de pistons que té un motor .
La cilindrada d’un motor Una moto de 500 vol dir que té 500cm3 ( mig litre) de capacitat en els seus cilindres Vc = π · r2 · c on r és el radi del cilindre i c carrera que recorre el pistó en el cilindre .
El cicle de funcionament del motor es pot fer en dues o quatre fases , donant lloc a dos tipus de motors : motors de quatre temps i els motors de dos temps .
3.1.1. Motors de quatre temps Aquest tipus de motors l’utilitza els cotxes . Les fases que es produeixen en el funcionament del motor , son quatre : Admissió ,Compressió, Explosió, Escapament .
10 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
Fase 1: Admissió La vàlvula A s’obre, entren l’aire i el combustible ( gasolina polvoritzada) al cilindre . Baixa el pistó produint-se així el buit , la qual cosa facilita l’entrada la mescla
. Fase 2 : Compressió En pujar el pistó, es tanquen les vàlvules A i E i es comprimeix la mescla(gasolina i aire) .
11 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
Fase 3: Explosió Quan la mescla està molt comprimida, la bugia desprèn una guspira que fa explotar la mescla. Els gasos són molt calents s’expandeixen i fan baixar el pistó.
Fase 4 : Escapament S’obre la vàlvula d’escapament E i, quan puja el pistó, expulsa els gasos produïts en la combustió a través d’aquest vàlvula. Els gasos passen al tub d’escapament, que els envia a l’exterior.
12 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
Un cop acabada aquesta fase, es torna a començar el cicle admissiócompressió-explosió- escapament, i així successivament.
Una de les aplicacions més clares d’aquest motor és el cotxe .
3.1.2. Motors de dos temps És un motor més senzill i , generalment, es fa servir en motos ( tot i que cada vegada trobem més motors amb motors de quatre temps) . El cicle de funcionament (o sigui, rebre la mescla, comprimir-la, explotar i expulsar ) ho fa en dues fases en un sol cilindre . A més a la mescla s’hi afegeix oli per tal d’eliminar l’escalfament del pistó. A més , en aquests motors, s’hi afegeix unes aletes o reixetes de ventilació al voltant de motors que ens permeten refredar millor el motor.
13 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
Fase 1: Compressió-Explosió El pistó puja i comprimeix la mescla . Quan és a dalt de tot; salta la guspira de la bugia provocant així l’explosió de la mescla. Els gasos escalfats a altes temperatures s’expandeixen i fan baixar el pistó amb molta energia. Comença l’escapament dels gasos en arribar l’espirall E( equival a la vàlvula).
Fase 2 : Escapament- Admissió Quan el pistó és avall de tot, surten per escapament els gasos procedents de la combustió anterior i, alhora, entra per l’espirall A(gràcies a la bomba de bufament) la mescla d’aire i gasolina. Per acabar, el pistó puja i comença una altra
vegada
el
cicle.
14 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
Un altre gràfic que ens pot ajudar a entendre el funcionament:
Les aplicacions d’aquest motors són: motos, motors de regar, multicultor,...
3.2. Motor dièsel . El funcionament i la composició de motor dièsel és molt similar al del motor de gasolina . Ara bé existeix una sèrie de diferències : •
La diferència fonamental és que el motor dièsel no té bugia , doncs, el combustible que utilitzen , o sigui el gasoil, explosiona tant sols detecten un focus de calor i a pressió molt més alta . Per tant apareix un nou component : l’injector .
15 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
•
Motors Tèrmics-3r ESO
Al ser motors sotmesos a grans pressions les explosions són molt més brusques . És per això que els motors dièsels són molt més robustos que els motors gasolina .
4. Motor de reacció El motor de reacció, utilitzat principalment en avions, es basa en el principi d’acció i reacció .L’acció s’aconsegueix projectant fora del motor, i a gran velocitat, els gasos procedents de la combustió. El resultat és un moviment de reacció en sentit contrari que impulsa l’avió cap a davant.
L’aire atmosfèric passa al motor i, abans d’entrar en la cambra de combustió, augmenta la seva pressió mitjançant les paletes compressores que giren a gran velocitat . L’aire comprimit entra a la cambra de combustió, on es barreja amb el combustible i es produeix la combustió. Els gasos surten a l’exterior per una tovera i produeix el moviment de l’avió per reacció.
16 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Motors Tèrmics-3r ESO
La turbina és accionada pels gasos cremats i mou al compressor. A més, proporciona potència a diversos accessoris de l’avió, com la bomba de combustible i el generador elèctric .
L’aplicació per excel·lència d’aquest motor és l’avió.
17 Cinta Prats