Llibre: Motors tèrmics

131 133 135 137

Classificació dels motors El motor tèrmic Motors de combustió externa Motors de combustió interna

Motors tèrmics De ben antic, els humans han buscat la manera de substituir la força muscular per màquines que han anat dissenyant i perfeccionant al llarg del temps. Avui, els motors tèrmics són la base dels mitjans de transport.

5

5

Classificació dels motors

Els motors tèrmics poden ser

2

4

Tipus de motors

5

de combustió externa

de combustió interna

com la

com

màquina de vapor

la turbina de vapor

que és formada per

que pot ser

Els motors es poden classificar segons la font d’energia que utilitzen per transformar-la en energia mecànica.

Segons el tipus d’energia que transformen, poden ser:

la turbina de gas

el motor d’explosió

el turboreactor

• Hidràulics. Utilitzen l’energia de fluids; és el cas de l’aigua en les antigues rodes hidràuliques i en les actuals turbines i dels olis en determinats motors de circuits hidràulics.

elements bàsics d’acció

cilindre

de reacció 3

6

èmbol o pistó que es classifica segons el

distribuïdor

que és format per

biela volant d’inèrcia regulador de boles

sistema d’encesa

parts principals

sistemes auxiliars

culata

pistó-biela

bloc

de distribució

càrter

d’alimentació

cicle de funcionament

1

per guspira o d’Otto

d’encesa de compressió o dièsel

de dos temps

de quatre temps

• Musculars. Transformen l’energia que produeixen les persones i els animals en utilitzar els seus músculs per moure les màquines; és el cas de les bicicletes, les batedores manuals i tota mena d’aparells moguts per l’acció de les persones mitjançant manetes, manovelles, pedals, etc. i també és el cas dels carros, les arades o les sínies estirats per animals.

• Eòlics. Transformen l’energia de l’aire en energia mecànica; és el cas dels molins de vent i dels aerogeneradors. Les veles de les embarcacions també es poden considerar motors eòlics quan el vent les empeny.

• Tèrmics. Utilitzen l’energia calorífica que es produeix en cremar un combustible i la transformen en energia mecànica; és el cas de les locomotores de vapor i dels motors dels cotxes.

• Elèctrics. L’energia mecànica s’obté a partir de l’energia elèctrica procedent de piles o de la xarxa elèctrica.

• Pneumàtics. Transformen l’energia de l’aire comprimit en energia mecànica.

Pots identificar els sis tipus diferents de motors?

de refrigeració de greixatge

Segur que ja saps...

1

Digues noms de combustibles i relaciona’ls amb el nom del motor que els utilitza.

2

Quin tipus d’energia transforma un motor tèrmic?

3 Anomena una de les parts d’un motor d’explosió.

130

T’agradaria saber...

4

Quin tipus de moviment té la màquina de vapor?

5

Indica el nom que reben els motors segons el tipus d’energia que transformen.

6

Saps quines són les parts principals d’un motor d’explosió? Digues el nom de cadascuna.

131

5

La història del motor

El motor al llarg de la història

Els motors hidràulics

Avui dia, els motors són la base de molts aparells que es fan servir en la vida quotidiana dels països desenvolupats. Els sistemes de transport, les màquines, els aparells electrodomèstics, les atraccions dels parcs lúdics, etc. funcionen amb motors. Sabem, però, que no sempre ha estat així.

Els motors hidràulics funcionen amb l’energia de l’aigua. L’aigua, situada en un nivell superior, en un embassament, per exemple, té capacitat per produir un treball, tot i que mentre està embassada no el realitza; diem, aleshores, que té energia potencial. Quan aquesta aigua és conduïda per la canonada, es mou, pren velocitat, i aleshores diem que té energia cinètica (o de moviment). Aquesta energia cinètica, quan arriba al motor (la turbina hidràulica), es transforma en energia mecànica i fa girar el seu eix, que, al seu torn, pot fer girar un generador per produir energia elèctrica.

Els primers motors aprofitaven la força muscular —primer la humana i després l’animal— i, posteriorment, la força del vent i de l’aigua. Els animals servien per transportar objectes, llaurar i treure aigua dels pous a les sínies. El vent s’utilitzava per moldre el gra i navegar, i l’aigua, gràcies a la roda hidràulica, feia funcionar molins i fargues.

Amb la revolució industrial van aparèixer les primeres grans màquines, com les filadores i els telers, que si bé inicialment funcionaven amb la força dels braços, de seguida es van fer anar amb grans rodes hidràuliques. Posteriorment, aquestes van evolucionar i es van transformar en turbines. Més tard es van utilitzar màquines de vapor, i al final del segle XIX van aparèixer, entre d’altres, els motors de combustió interna i els motors elèctrics.

La turbina hidràulica La turbina hidràulica és formada bàsicament per unes pales, anomenades àleps, que tenen una forma corba molt adequada per aprofitar al màxim l’energia de l’aigua. L’aigua, degudament canalitzada per uns injectors de pressió (en algun cas, un de sol), és projectada contra els àleps del rodet i fa girar l’eix de la turbina a gran velocitat.

Les turbines es classifiquen, fonamentalment, segons la seva forma, la forma dels àleps, la manera de com incideix el raig d’aigua o la disposició de l’eix de gir (horitzontal o vertical). Actualment, hi ha tres tipus bàsics de turbines: la Pelton, la Francis i la Kaplan.

132

133

5

Els motors tèrmics

El motor tèrmic Una de les aplicacions més habituals de la transformació de l’energia és el motor tèrmic, que converteix l’energia tèrmica provinent dels combustibles fòssils en energia mecànica.

El treball produït 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 tèrmics Segons el lloc on es produeix la combustió, els motors tèrmics poden ser de combustió externa o de combustió interna.

Motors tèrmics de combustió externa S’anomenen així quan la combustió té lloc fora del motor.

Les aplicacions principals d’aquests motors són: • La màquina de vapor, utilitzada encara en algunes locomotores de vapor.

• La turbina de vapor, utilitzada a les centrals elèctriques i en alguns vaixells.

Motors tèrmics de combustió interna S’anomenen així quan la combustió té lloc dins el motor.

Les aplicacions principals d’aquests motors són:

La termodinàmica

• El motor d’explosió d’encesa per guspira o dièsel, que s’utilitza en vehicles automòbils com motos, cotxes i camions, tractors o maquinària d’obres públiques.

Els motors tèrmics es basen en les lleis de la branca de la física anomenada termodinàmica.

• La turbina de gas, que es fa servir a les centrals elèctriques.

Què diferencia un motor de combustió interna d’un de combustió externa?

• Els motors de reacció i altres motors semblants, que mouen els avions de reacció.

Per què crema, el motor d’aquesta moto, quan funciona?

La termodinàmica estudia l’energia tèrmica i la seva transformació en altres formes d’energia o viceversa. És fonamental en el context tecnològic, perquè tots els processos energètics utilitzen energia tèrmica en algun moment. La termodinàmica es basa en diferents lleis i principis que són vàlids sempre que 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. Això implica que no podem extreure energia d’allà on no n’hi ha, però que, un cop obtinguda i amb la tecnologia adient, és possible transformar-la en un altre tipus d’energia.

Aquest principi de conservació de l’energia permet la transformació de la calor en treball i a l’inrevés. La termodinàmica estudia la relació entre la calor aportada i el treball produït.

Màquina de vapor

134

Motor d’un cotxe de competició

Els motors tèrmics produeixen treball a partir de la calor; al mateix temps, les màquines, pel fet de moure’s, produeixen calor pel fregament entre els seus components mecànics, pel contacte amb l’aire, per l’augment de l’energia interna de les mol·lècules, etc.

135

5

Motors de combustió externa

Motors de combustió externa

Un motor emblemàtic: la màquina de vapor

Els motors de combustió externa funcionen amb el vapor que es produeix quan es crema el combustible del fogar d’una caldera per escalfar aigua.

La màquina de vapor té un moviment rectilini alternatiu. Va ser el primer motor veritablement revolucionari, ja que, sense dependre de l’aigua, va permetre instal·lar fàbriques a qualsevol lloc on pogués arribar el carbó mineral que s’utilitzava com a combustible.

Així, les fàbriques es van instal·lar en ciutats ben comunicades per via terrestre, marítima o fluvial, la qual cosa va afavorir les grans concentracions fabrils.

La fusta i el carbó van ser els primers combustibles utilitzats en les màquines de vapor. Posteriorment, es van substituir per derivats del petroli, com el fuel. Actualment, les turbines de vapor fan servir, a més del fuel, altres combustibles, com el gas natural o l’energia nuclear en el cas de les centrals nuclears.

El vapor que es produeix a la caldera, com que ocupa un volum molt superior al de l’aigua, s’expandeix i es veu forçat a sortir-ne a gran pressió per uns conductes que el porten fins al motor pròpiament dit, és a dir, el cilindre de la màquina de vapor o la turbina.

Quines parts d’un motor de combustió externa estan representades en aquestes fotografies?

Un cop el vapor ha passat pels elements motrius del motor, s’ha de condensar (s’ha de convertir en aigua) per tal d’aconseguir que disminueixi de volum i permeti, novament, l’entrada de vapor al motor. L’aigua provinent de la condensació d’aquest vapor és retornada a la caldera per començar de nou el cicle.

La condensació del vapor es produeix al condensador, que és refredat per la circulació contínua d’aigua freda.

Les primeres màquines de vapor (de Savery i de Newcomen) tenien un moviment rectilini alternatiu i servien per bombar aigua de mines i canals.

L’enginyer anglès James Watt, cap a l’any 1769, va perfeccionar la màquina de vapor: va modificar el sistema de condensació del vapor i va transformar el moviment rectilini alternatiu en moviment de rotació mitjançant el mecanisme de biela-manovella. També en va millorar el rendiment gràcies a l’acoblament del distribuïdor i el regulador de boles, entre altres innovacions.

Politja

Corretja

En els seus orígens, la màquina de vapor es va destinar a fer moure les màquines de les fàbriques i, més endavant, als transports, com els trens i els vaixells.

Volant Regulador de boles Cilindre

Èmbol o pistó Biela

Manovella

Tija

Elements d’una màquina de vapor

La màquina de vapor és indubtablement un motor històric, però el seu mecanisme bàsic, el conjunt cilindre-pistó i biela-manovella, encara no ha estat superat i constitueix la base del funcionament dels motors de la majoria de vehicles actuals: els motors d’explosió.

136

137

5

Motors de combustió externa

Elements bàsics de la màquina de vapor

La turbina de vapor

A més de la caldera, la màquina de vapor és constituïda pels elements següents, que són els que converteixen l’energia tèrmica del vapor en energia mecànica.

La turbina de vapor transforma l’energia potencial tèrmica en energia de moviment (cinètica). L’energia potencial tèrmica disponible és la diferència que hi ha entre l’estat del vapor a l’entrada de la turbina i el seu estat a la sortida. Aquesta diferència es coneix amb el nom de salt tèrmic.

• 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 conté un disc anomenat èmbol o pistó que s’ajusta a la paret interna del cilindre i es pot desplaçar longitudinalment en un moviment rectilini alternatiu.

Aquest èmbol subjecta per una de les seves cares una barra cilíndrica, anomenada tija, que surt per una de les bases del cilindre a través d’un orifici molt ajustat. Quan el vapor entra al cilindre per un dels seus extrems, on hi ha un mecanisme anomenat distribuïdor, empeny el pistó, i la tija es desplaça cap a l’altre extrem, retorna a la posició inicial i recomença el cicle. D’aquesta manera es genera un moviment rectilini alternatiu. El distribuïdor permet l’entrada del vapor alternativament pels dos costats del cilindre.

a

Com s’anomena la part mòbil d’una turbina de vapor?

• La biela és una barra unida per un dels seus extrems a la tija de manera que pugui girar sobre aquest extrem formant una articulació.

L’altre extrem de la biela fa girar una roda, anomenada volant, mitjançant una manovella.

b

• El volant d’inèrcia és una roda grossa i pesant que quan gira presenta una forta inèrcia. Actua com un volant que contribueix al retorn de la tija, per acció de la biela. Aquest volant fa de politja, que, mitjançant una corretja, transmet el moviment circular del volant a una altra roda, anomenada politja, situada en un eix llarg, l’embarrat, que conté altres politges. Aquestes, amb les corretges corresponents, fan funcionar les màquines de les fàbriques. En el cas de les màquines de vapor de les locomotores, els volants eren les mateixes rodes.

• El regulador de boles (o de Watt) és un mecanisme articulat que gira quan la màquina funciona i permet controlarne la velocitat perquè sigui constant. Es tracta d’un aparell amb dues boles que giren i que es desplacen verticalment gràcies a la força centrífuga; aquest desplaçament actua sobre la vàlvula que regula el pas del vapor i fa que la velocitat de la màquina sigui constant. Aquest enginyós mecanisme va ser un dels primers sistemes de control automàtic.

Funcionament del regulador de boles (a: més velocitat; b: menys velocitat)

138

Turbina de vapor

En els motors de combustió externa, el vapor produït en una caldera arriba a una turbina i passa a una corona d’àleps fixada a l’estator, anomenada distribuïdor.

Quan el vapor surt del distribuïdor, incideix sobre uns àleps corbs especials del rotor (part rotativa de la turbina) i genera un treball sobre l’eix, que comença a girar. Els àleps del rotor són més petits i més nombrosos que els de les turbines hidràuliques. De fet, la mida d’aquests àleps és variable: són més grans a la part posterior que a l’anterior per tal d’aprofitar millor el vapor a mesura que va perdent pressió.

Les turbines de vapor poden ser: – D’acció: quan l’expansió del vapor es realitza completament a l’estator, on perd pressió i augmenta la velocitat abans de passar al rotor. Al rotor, la pressió es manté i la velocitat es redueix en incidir sobre els àleps.

– De reacció: quan l’expansió del vapor s’inicia a l’estator (on es manté la pressió i la velocitat) i es completa al rotor, que en aquest cas té la funció de dirigir i orientar el flux de vapor.

Actualment, a les centrals tèrmiques es fan servir turbines d’acció i de reacció que treballen amb pressions diferents per tal de millorar el rendiment.

Rotor

139

5

Motors de combustió interna

Parts del motor d’explosió L’estructura del motor consta, bàsicament, de tres parts fonamentals: la culata, el bloc i el càrter. Les tres parts estan connectades entre si amb cargols i perfectament segellades mitjançant les anomenades juntes d’estanquitat, la més important de les quals és la junta de culata.

La culata Pistons horitzontals oposats, en V i en línia

Motors de combustió interna Els motors de combustió interna reben aquest nom perquè la combustió es produeix dins del motor, a l’anomenada cambra de combustió.

En molts d’aquests motors, la combustió és produïda per un seguit d’explosions controlades i per això es parla de motors d’explosió. El 1876 Nikolaus Otto en va dissenyar un que va ser la base del motor d’explosió de gasolina aplicat més tard als automòbils.

Segons la manera com es provoca l’explosió, es distingeixen dos tipus de motors: els d’encesa per guspira o Otto, que consumeixen gasolina o gasos liquats a pressió, i els d’explosió per compressió dels gasos o dièsel, que utilitzen olis pesants (gasoil).

Segons el cicle de funcionament (entrada de la mescla dins la cambra de combustió, combustió i evacuació dels gasos cremats), poden ser de dos temps (com els motors d’algunes motos) o de quatre temps (com els motors dels automòbils).

També es poden classificar segons el nombre de cilindres: d’un a quatre, en les motos, de quatre a vuit, en els cotxes, i més de vuit, en alguns avions. Segons la col·locació, poden ser en línia, en V o horitzontals oposats, en els cotxes i les motos, i en forma d’estrella, en els avions.

Com estan col·locats aquests pistons?

És una peça de ferro fos o d’aliatges lleugers d’alumini que fa de tapa dels cilindres. A la part superior hi ha, d’una banda, les vàlvules que permeten regular l’entrada de l’aire, i en alguns casos de la mescla, i la sortida dels gasos cremats (dues per cada cilindre, la d’admissió i la d’escapament) i, de l’altra, els mecanismes que en fan possible el funcionament: l’arbre de lleves i els balancins. Aquesta part és coberta amb una peça feta de planxa d’acer que té un forat amb una tapa per abocar-hi l’oli, anomenada tapa de la culata o de balancins. A la part inferior de la culata hi ha unes petites concavitats que formen la cambra de combustió, on cremen el combustible i l’aire. Finalment, a la part lateral s’hi acoblen els tubs metàl·lics, anomenats col·lectors d’admissió i escapament, que permeten l’entrada de l’aire o de la mescla i la sortida dels gasos.

Culata

El bloc És la peça més voluminosa del motor. És feta de ferro colat aliat amb petites proporcions de metalls, cosa que li permet oferir una gran resistència a la deformació per l’efecte de temperatures elevades, al desgast i a la corrosió. També es fabrica amb aliatges lleugers, per exemple alumini, ja que són menys pesants i dissipen millor la calor.

Al bloc hi ha els cilindres i els punts de suport del cigonyal (coixinets), al qual s’uneixen les bieles i els pistons. En alguns motors més antics s’hi allotja l’arbre de lleves, que acciona les vàlvules de la culata mitjançant unes barnilles. Els motors actuals tenen l’arbre de lleves en cap o en culata.

Bloc

Tant a la culata com al bloc hi ha una sèrie de conductes que coincideixen quan les dues parts s’acoblen: les cambres d’aigua, per on circula l’aigua de refrigeració del motor, i els conductes de l’oli de lubrificació.

El càrter És una caixa metàl·lica, en general d’aliatges lleugers, que va fixada, mitjançant cargols, a la part inferior del bloc. Serveix, d’una banda, per protegir el cigonyal i altres peces muntades al seu voltant i, de l’altra, com a dipòsit d’oli per a la lubrificació i la refrigeració del motor.

140

Càrter

141

5

Funcionament del motor d’explosió

Mecanismes del motor d’explosió

Sistema de distribució

Totes les peces que configuren el motor estan interrelacionades mitjançant uns mecanismes basats, entre d’altres, en la palanca, la manovella, la roda, la lleva (peça giratòria que pot transformar un moviment rotatiu continu en un moviment rectilini alternatiu de forma periòdica), les articulacions i les transmissions.

És el conjunt de mecanismes moguts pel motor que permeten regular l’entrada i la sortida dels gasos a la cambra de combustió. Els seus elements fonamentals són les vàlvules i l’eix o arbre de lleves.

Per al funcionament intern del motor són bàsics els mecanismes de pistó-biela i de distribució.

Mecanisme pistó-biela És format pel pistó, que es desplaça amb un moviment alternatiu dins del cilindre, i la biela, que uneix el pistó al cigonyal.

Aquest converteix el moviment alternatiu de pujada i baixada del pistó en moviment rotatiu.

El pistó és una peça cilíndrica fabricada amb un aliatge d’alumini. A la part superior té tres ranures on s’acoblen els segments que tanquen quasi hermèticament l’espai entre el pistó i la paret del cilindre. Els segments (dos normalment) situats a la part superior impedeixen el pas dels gasos al càrter. L’altre segment, situat a la part inferior, elimina l’excés d’oli de les parets del cilindre.

Les bieles acostumen a ser d’un aliatge d’acer. El seu extrem superior, anomenat peu de biela, s’uneix al pistó mitjançant el boló de biela. Aquest eix permet al pistó pivotar lateralment durant el moviment alternatiu que la biela fa unida al pistó.

L’extrem inferior de la biela, anomenat cap de biela, abraça el cigonyal i descriu amb aquest una trajectòria circular, mentre que el peu de biela segueix el moviment de pujada i baixada del pistó.

Mecanisme pistó-biela amb les vàlvules i els taquets (a dalt) i la fixació al cigonyal (a baix)

El pistó es mou dins del cilindre gràcies a l’expansió dels gasos produïda per la combustió d’una mescla de combustible líquid polvoritzat amb aire.

El moviment del cigonyal es transmet mitjançant una corretja o una cadena a l’arbre de lleves, que possibilita l’obertura i el tancament de les vàlvules mitjançant els balancins i els taquets (cadascuna de les peces que es col·loca entre un balancí i una vàlvula per tal de protegir-la contra el desgast de la lleva).

Sistemes del motor d’explosió A més dels mecanismes esmentats, el motor necessita un sistema d’alimentació, un circuit elèctric i un circuit de refrigeració i greixatge.

Sistema d’alimentació del motor Comprèn un dipòsit que permet l’emmagatzematge del combustible, el qual és conduït mitjançant uns conductes i una bomba fins al sistema que l’introdueix a la cambra de combustió, generalment gràcies a injectors. En motors més antics d’encesa per guspira i en els motors de motos de poca cilindrada aquesta alimentació es fa mitjançant carburadors.

Fotografia d’un injector

• L’injector fa que, un cop l’aire ha entrat per l’obertura de la vàlvula d’admissió, el carburant entri en la quantitat necessària directament a la cambra de combustió i en el moment precís en què s’ha de produir l’explosió. Hi ha injectors de tipus mecànic i de tipus electrònic. Amb el sistema d’injecció s’incrementen la potència del motor i l’acceleració, el consum de carburant disminueix, la qualitat de la combustió millora i es produeix menys contaminació.

Amb la finalitat d’augmentar el rendiment del motor, sovint s’instal·la un aparell constituït per una turbina i un compressor (turbocompressor o senzillament turbo) que té la finalitat d’incrementar la pressió amb què entra l’aire, i, per tant, l’oxigen, a la cambra de combustió. D’aquesta manera es produeix una combustió més completa i es milloren el rendiment tèrmic i, en conseqüència, la potència del motor, alhora que s’aconsegueix una disminució relativa del combustible. La turbina gira moguda pels gasos d’escapament.

• El carburador és l’aparell que mescla el carburant i l’aire en la proporció adequada. Facilita l’entrada d’aquesta mescla a la cambra de combustió mitjançant el col·lector, que en possibilita la vaporització, i la distribueix a cadascun dels cilindres de la manera més uniforme possible.

Esquema del funcionament d’un motor d’explosió de quatre temps

142

Fotografia i esquema d’un carburador

143

5

Sistemes del motor d’explosió

Sistema de refrigeració Bugies

El sistema de refrigeració dels motors de combustió interna pot ser per aire o per aigua.

• 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. En determinats casos porten incorporat un ventilador que permet millorar el sistema.

• En els motors refrigerats per aigua, la calor produïda en el motor és absorbida, en gran part, per l’aigua del circuit. Una bomba, accionada pel mateix motor, força la circulació de l’aigua a través d’unes canalitzacions internes. El termòstat és una vàlvula que regula el pas de l’aigua al radiador; de fet, en tanca el pas fins que el motor adquireix la temperatura normal de funcionament.

Quina funció té el radiador d’un cotxe?

Bugies a la culata d’un motor

Guspira elèctrica que encén la mescla

Sistema elèctric d’encesa En els motors d’encesa per guspira la combustió de la mescla introduïda a la cambra de combustió es fa mitjançant les bugies. Les bugies són uns elements instal·lats a la culata, que disposen de dos terminals elèctrics anomenats elèctrodes, situats a la cambra de combustió, entre els quals es fa saltar una guspira elèctrica capaç d’encendre la mescla en el moment apropiat. Perquè es produeixi la guspira, uns sistemes electrònics especials fan que els elèctrodes de la bugia rebin corrent d’alta tensió (30.000 a 40.000 volts), moment en el qual salta un arc elèctric que provoca la guspira i, per tant, l’encesa.

Representació en secció d’una bugia

La bugia es compon, bàsicament, d’un elèctrode central fet de platí, níquel o manganès, envoltat d’un aïllant i d’un cos exterior d’acer; aquest té una part roscada, que inclou l’elèctrode de massa separat una distància determinada de l’elèctrode central.

Galgues: làmines d’acer inoxidable, flexible, de diferents gruixos i muntades formant un grup de mesures diverses.

144

Perquè la guspira sigui la correcta, els extrems finals dels elèctrodes han de tenir una separació de 0,6 a 0,9 mm, que ha de ser comprovada regularment mitjançant les galgues o sondes de gruixos.

Radiador

El radiador permet la dissipació de la calor corresponent a l’energia calorífica que no es transforma en treball útil. És format per dos dipòsits d’aigua (a la qual s’afegeix líquid anticongelant), un de superior i un d’inferior, units entre si per un conjunt de petits tubs que disposen d’unes aletes en sentit transversal; aquestes afavoreixen el contacte amb l’aire i, per tant, el refredament de l’aigua.

L’aigua calenta procedent de la culata arriba al dipòsit superior i, a través dels tubs, passa cap a l’inferior, on arriba freda per l’efecte de refrigeració; d’aquí, torna al bloc impulsada per la bomba. Un ventilador col·locat davant del radiador força un corrent d’aire a través de les aletes. També formen part d’aquest circuit de refrigeració per aigua els tubs o canonades que condueixen l’aigua des d’un dipòsit fins al radiador i des d’uns elements del circuit fins a uns altres.

Radiador

145

5

Funcionament del motor d’explosió

Viscositat: propietat característica dels fluids que consisteix en la resistència que ofereixen a canviar de forma sota l’acció de forces exteriors. El paràmetre que mesura la viscositat d’un oli és el grau SAE.

Sistema de greixatge

El motor d’explosió de quatre temps d’Otto

El circuit de greixatge és totalment independent del de refrigeració i, a més de disminuir el desgast i el fregament entre les peces, també té la funció de refrigerar determinats òrgans del motor. L’oli, que s’introdueix per la part superior de la culata, baixa per les parets internes de la culata i el bloc fins al càrter; una bomba en recull l’oli i, després de fer-lo passar pel filtre, l’envia a pressió per les conduccions adequades fins als diferents òrgans del motor.

En els motors d’explosió d’Otto, la transformació del moviment alternatiu del pistó dins del cilindre en moviment rotatiu es duu a terme en quatre fases o cicles, anomenats cicles tèrmics. Per tal que el cigonyal faci una volta sencera, cal completar tot un cicle.

1

Fase d’admissió. La vàlvula d’admissió s’obre automàticament i el pistó inicia el descens des del punt mort superior (PMS) fins al punt mort inferior (PMI), alhora que es crea un buit a l’interior del cilindre 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 succionat 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, cosa 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; és així com s’origina l’expansió dels gasos que provoca l’empenyiment del pistó cap al PMI. En aquesta fase té lloc la transformació de l’energia calorífica en energia 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.

L’oli s’introdueix per la part superior de la culata

Els olis poden ser de procedència vegetal, sintètica o mineral. Per greixar els motors és habitual usar olis minerals derivats del petroli, als quals s’afegeixen additius químics que en perfilen les característiques: una viscositat poc variable amb els canvis de temperatura, un elevat grau de congelació, la incombustibilitat a temperatures inferiors a 250 °C i una bona resistència a l’oxidació. A més, han de ser antiescumejants i detergents.

El grau de viscositat ve determinat per unes escales, els valors de les quals estan normalitzats.

146

1

2

3

4

147

5

Els motors d’explosió de quatre i de dos temps

El motor d’explosió de dos temps Aquest tipus de motor és utilitzat bàsicament en motos petites, petits generadors de corrent elèctric, màquines agrícoles de petites dimensions, etc. És més senzill que el motor de quatre temps, però té un funcionament molt similar. 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, que permet l’entrada de la mescla al càrter; el de càrrega, a través del qual entra la mescla en el cilindre, i el d’escapament, per on surten els gasos després de la combustió.

El rendiment d’aquests motors és inferior al dels motors de quatre temps, ja que la combustió és incompleta i produeix dipòsits d’oli lubricant que s’acumulen a l’orifici d’escapament i a la bugia.

A més a més, són més contaminats.

La necessitat de fer front als problemes que generen aquests motors ha originat la investigació, el disseny i la fabricació de motocicletes i altres vehicles i màquines que actualment funcionen amb motors de quatre temps.

Les fases del motor d’explosió de dos temps 1

Fase d’admissió-compressió. El pistó parteix del PMI i puja, l’orifici d’admissió queda descobert i s’introdueix una càrrega de combustible en el càrter. En continuar pujant, tanca l’orifici d’escapament i el de càrrega; simultàniament completa la compressió de la mescla en la cambra de combustió. 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.

Al mateix temps, 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, després de passar per aquest forat, arriba, finalment, a la cambra de combustió.

El motor dièsel En els motors d’explosió de cicle dièsel, les fases són bàsicament les mateixes. En la fase d’admissió, però, tan sols entra aire al cilindre, que és comprimit (fase de compressió), 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 S’anomena cursa, la distància recorreguda pel pistó des del PMS fins al PMI, o a l’inrevés. Les dues posicions extremes entre les quals es pot moure un pistó s’anomenen PMS i PMI.

En aquest tipus de motors és impossible evitar, d’una banda, que certa quantitat del vapor de mescla no cremada es barregi amb els gasos d’escapament de la combustió anterior en el moment en què surten a l’exterior i, de l’altra, que quedin residus de gasos cremats dins del pistó.

El combustible d’aquest tipus de motor s’anomena habitualment mescla. Es compon de gasolina i entre el 2 % i el 4 % d’oli.

La cilindrada d’un cilindre és el volum de mescla que cap dins del cilindre. Està determinada per la cursa del pistó (del PMS al PMI) dins del cilindre i el seu diàmetre.

PMS

PMI

La cilindrada s’expressa en centímetres cúbics (cm3) i es calcula mitjançant la fórmula següent: C=

p · r2 · L 1.000

r és el radi del pistó i L és la cursa; tots dos s’expressen en mil·límetres (mm). El nombre 1.000 actua aquí de factor de conversió.

Cilindrada

148

1

2

149

5

Motors de combustió interna

La turbina de gas

El turboreactor

La turbina de gas és un motor tèrmic rotatiu. Com hem pogut veure en els motors d’explosió, l’expansió dels gasos resultants de la combustió produeix un moviment rectilini alternatiu dels pistons, que la biela converteix en circular. A les turbines de gas, en canvi, l’acció dels gasos que cremen dins la cambra de combustió del motor fa girar directament l’eix; d’aquesta manera, i gràcies a uns sistemes d’aprofitament de la calor, millora notablement el rendiment del motor, que pot arribar a ser del 38 %.

El turboreactor és una varietat de turbina de gas en la qual no es produeix treball fent girar un eix, sinó mitjançant un impuls per reacció. El turboreactor, que és el motor que fan servir els avions de reacció, és una mena de tub disposat paral·lelament al cos de l’avió. Quan l’avió avança, l’aire, que entra per la part del davant del motor a una velocitat elevada i en gran quantitat, és comprimit pel compressor, de manera que quan entra a la cambra de combustió permet encendre una quantitat important de combustible (querosè) i generar un gran volum de gasos amb una elevada energia en forma de pressió. Aquests gasos, un cop han passat per la turbina que activa el compressor, són expulsats per l’orifici posterior del motor (tovera), i és aleshores quan l’avió és impulsat cap endavant (reacció).

La turbina de gas consta de dues parts: el compressor i la turbina pròpiament dita. El compressor, que gira amb el mateix eix de la màquina, comprimeix l’aire que és conduït cap a la cambra (o cambres) de combustió. Aquí, quan té lloc la combustió, es produeix una gran elevació de la temperatura. L’expansió del gas generat fa girar les aspes mòbils de la turbina, el rotor, degudament conduït per unes altres aspes fixes, l’estator. És aquí on es produeix la transferència de l’energia: de tèrmica passa a mecànica.

Una part de l’energia generada serveix per accionar el compressor, mentre que la resta és útil. La turbina de gas pot fer servir com a combustible el gas, tant si és natural com manufacturat, o derivats del petroli.

Turbina de gas

Com que la temperatura que s’aconsegueix a la cambra de combustió és molt elevada, calen sistemes de refrigeració perquè els materials que la componen no es deteriorin. Si la refrigeració es fa amb aigua, la calor que aquesta guanya pot ser aprofitada per a usos industrials o domèstics o també per produir vapor per accionar una altra turbina, que en aquest cas serà de vapor. Moltes centrals tèrmiques funcionen actualment d’aquesta manera; són les anomenades centrals de cicle combinat, que aprofiten molt la calor produïda en els diferents processos, d’aquesta manera aconsegueixen un rendiment tèrmic global força elevat.

Hi ha altres tipus de turbines de gas per a l’aviació. El motor turbofan, que també es pot anomenar “turboventilador”, n’és un exemple. En aquest motor, l’eix de la turbina, a més de fer girar el compressor, fa moure un gran ventilador que recull aire del davant i l’expulsa per darrere després d’haver-lo comprimit adequadament. L’avió és empès gràcies a la propulsió de l’aire del ventilador. El rendiment d’aquest motor és més elevat que l’anterior i el nivell sonor és més baix.

També hi ha el motor turbohèlix, l’eix de la turbina del qual fa funcionar una hèlix. El fan servir alguns avions i els helicòpters.

Turboreactor

Quina és la diferència principal entre un turbohèlix i un turbofan?

Rotor Compressor

Ventiladors Cambra de combustió Esquema d’una turbina de gas

150

Turbofan

Turbohèlix

151

152

A

Quina és la funció bàsica i fonamental dels motors? [

2

3

]

7

Explica com funcionava la màquina de vapor i digues exemples concrets de la seva aplicació. [ i PÀG. 136-138]

Què és l’energia cinètica? Quina diferència hi ha entre l’energia cinètica i l’energia potencial? [ i PÀG. 133]

8

Descriu les principals millores fetes per James Watt que van permetre perfeccionar la màquina de vapor. [ i PÀG. 136-138]

9

Identifica les parts que componen la màquina de vapor de la figura següent i escriu-ne el nom i la funció. [ i PÀG. 136-138]

i PÀG. 131 i 132

Defineix què és la termodinàmica i explica per què és fonamental en el context tecnològic. [ i PÀG. 135]

4

Escriu el nom de cinc màquines, modernes o antigues, que funcionin amb un motor tèrmic. Classifica-les segons el tipus de combustió (externa o interna). [ i PÀG. 134]

5

Quina és la diferència fonamental entre un motor tèrmic de combustió externa i un de combustió interna? [ i PÀG. 134]

6

Explica breument per què la màquina de vapor és un motor tèrmic. [ i PÀG. 136-138]

R

activitats

activitats

5 1

153

154

R

Explica breument què és una turbina de vapor: anomena’n les parts més importants, comenta’n el funcionament i especifica les diferències entre la turbina d’acció i la de reacció. [ i PÀG. 139]

11

Tria un model actual de cotxe o moto i especifica’n les característiques: tipus de combustible, nombre de temps de funcionament, nombre i posició dels cilindres, potència, etc. [ i PÀG. 140-149]

12

A

14

Dibuixa una lleva i, després, explica quina és la funció de l’arbre de lleves en el sistema de distribució d’un motor de combustió interna. [ i PÀG. 142]

15

Contesta: [

]

i PÀG. 143

• És possible que un motor incorpori un injector i un carburador?

• Tots els motors d’explosió tenen injector?

Ara, comenta quina és la funció d’aquests dos elements en el sistema d’alimentació del motor.

Identifica les parts d’aquest motor d’explosió i, després, indica en un quadre de quins materials és feta cada part i quina és la seva funció principal. [ i PÀG. 141] 16

Observa aquesta fotografia i, després, contesta raonadament les preguntes següents: [ i PÀG. 144] • Què és una bugia?

• Quins són els elements d’una bugia?

• Quina separació han de tenir els extrems finals dels elèctrodes perquè la guspira elèctrica sigui la correcta?

• Com es pot comprovar que aquesta separació és l’adequada?

A

13

Observa bé aquest dibuix corresponent a un conjunt pistóbiela. Identifica el nom de totes les peces, explica les fases que cal seguir per desmuntar el conjunt i indica les eines que cal utilitzar per fer-ho. [ i PÀG. 142]

• Què et sembla que passaria si es toquessin els elèctrodes de la bugia?

Raona la teva resposta.

Protecció de plàstic que cal treure abans de cargolar-la a la culata del motor.

activitats

activitats

5 10

155

156

Agafa una bugia, un peu de rei i un joc de galgues. Comprova si la separació dels elèctrodes és correcta i, després, mesura el diàmetre i el pas de rosca de la bugia. A partir d’aquestes mesures, fes el croquis acotat d’una bugia a escala natural. [ i PÀG. 144]

18

Comenta les diferències que hi ha entre els sistemes de refrigeració per aire i els sistemes de refrigeració per aigua dels motors de combustió interna. [ i PÀG. 145]

22

Observa bé aquests dibuixos corresponents a les fases d’un motor d’explosió de quatre temps. Ordena’ls i, després, indica en una taula la posició de cada una d’aquestes vàlvules en cada fase: la vàlvula d’admissió, la vàlvula d’escapament i el pistó. [ i PÀG. 142]

23

Calcula la cilindrada d’un motor monocilíndric el pistó del qual fa 100 mm de diàmetre i té una cursa de 50 mm. [ i PÀG. 148]

• Per què són necessaris els sistemes de refrigeració d’aquests motors?

19

Contesta aquestes preguntes raonadament: [

]

i PÀG. 146

• Quin és el camí que segueix l’oli del circuit de greixatge del motor d’explosió?

• Quina és la funció de l’oli en el motor?

• Quines són les propietats d’aquest oli?

• Què són els olis multigrau?

20

Comenta les semblances i les diferències que hi ha entre una turbina de gas i un motor d’explosió. [ i PÀG. 150]

21

Digues a quins dels sistemes auxiliars d’un motor d’explosió corresponen les funcions següents: [ i PÀG. 140-149] – Disminueix el desgast i el fregament entre les peces més mòbils del motor.

– Transforma el moviment longitudinal alternatiu del pistó en moviment rotatori.

– Permet, en un moment determinat, l’obertura i el tancament de les vàlvules d’admissió i d’escapament.

– Produeix la barreja de combustible i aire en la proporció correcta.

– Manté el motor a una temperatura adequada i impedeix que s’escalfi massa.

– Fa que la bugia produeixi, en el moment precís, l’encesa de la mescla per efecte de la guspira.

• Quina seria la cilindrada si el motor tingués quatre cilindres?

A

24

Mesura amb el peu de rei el diàmetre i l’alçada d’un pistó.

Suposa que aquesta alçada coincideix amb la cursa del pistó dins del cilindre i calcula’n la cilindrada. [ i PÀG. 148]

25

Contesta: [

]

i PÀG. 140-149

• Quin tipus de motor d’explosió contamina més el medi ambient, el de dos temps o el de quatre? Per què?

• S’han previst solucions o alternatives per evitar la contaminació que provoquen aquests motors? Quines?

A

26

Demana informació a un mecànic sobre les eines utilitzades per muntar i desmuntar un motor d’explosió. Fes un croquis o un dibuix senzill de cada eina en un quadre i indica’n el nom i la funció. [ i PÀG. 140-149]

activitats

activitats

5 17

157

Representació d'un motor d'explosió

a Serra aquestes peces: – 1 rectangle de 220 x 160 mm i 2 peces de 15 x 15 mm de tauler de contraplacat.

procediment 3 Amb la serra de mecànic, serra els claus de 19 x 36 o de 3 mm de diàmetre. Han de tenir una llargària de 40 mm des de la cabota.

– Les peces que faran de biela, segons el plànol, amb tauler de contraplacat.

4 Construeix el que seran les vàlvules. Passa els claus que acabes de serrar pels forats de 3,25 mm del llistó de 70 mm. Després, introdueix les molles per la part que surt dels claus, col·loca-hi una volandera de M-3 i solda-la amb estany.

Comprova el funcionament de les vàlvules. Assegura’t que un cop collades, retornin. Perquè vagin més lleugeres, aboca pel forat una goteta d’oli de màquina.

– 1 tros de 25 mm de llargària del pal rodó de 4 mm de diàmetre, 1 tros de 26 mm de llargària del pal rodó de 8 mm de diàmetre i 2 trossos de 41 mm de llargària del pal rodó de 6 mm de diàmetre.

5 Encola la peça que conté les vàlvules i les que configuren el cilindre, de manera que s’hi pugui desplaçar el llistó de 35 x 40 mm que farà de pistó. Clava uns claus de 7 x 7 des de darrere.

– 2 peces de 80 mm i 1 peça de 70 mm de llistó de 20 x 20 mm.

– 4 peces de 30 mm de llistó de 10 x 10 mm.

– 1 peça de 40 mm, 1 de 100 mm i 2 peces de 35 mm de llistó de 35 x 10 mm.

5

6 Munta el conjunt pistó-biela-cigonyal. Primer, passa el cargol de M-3 x 25 pel forat ample del pistó. Posa-hi una volandera de M-3 i, després, la biela pel forat del costat estret. Col·loca-hi una altra volandera i cargola-hi la femella.

7 Uneix la part ampla de la biela amb el cigonyal fent servir el pal de 4 mm de diàmetre. Col·loca-hi entremig cinc volanderes de M-4. El pal sobrant ha de sortir per la part de la biela.

8 Encola, per la part posterior del tauler, el tros de llistó de 35 x 100 mm amb el forat de 8,5 mm de diàmetre. Els forats han de coincidir exactament. Pot ajudar-te passar el pal de 8 mm de diàmetre. Després, fes el mateix amb els trossos de llistó de 35 x 35 mm amb els forats de 6,5 mm de diàmetre.

b Representa el motor:

El motor d'explosió té una mecànica complicada. L'activitat següent et podrà ajudar a comprendre com el moviment alternatiu del pistó fa girar el cigonyal i aquest, al seu torn, transmet el moviment a les vàlvules de la culata perquè s'obrin i es tanquin.

Materials: – Tauler de contraplacat de 5 mm de gruix – Llistó de 20 x 20 mm – Llistó de 10 x 10 mm – Listó de 20 x 10 mm – Llistó de 35 x 10 mm – Pals rodons de 4 mm, 6 mm i 8 mm de diàmetre

1 Col·loca les serres de corona en el protabroques del trepant i fes una roda d’uns 25 mm de diàmetre i una altra d’uns 60 mm de diàmetre de tauler de contraplacat. Després, traça i serra aquesta darrera roda seguint les indicacions del plànol i converteix-la en el que serà el cigonyal. Les serres de corona convé que les facis servir en presència del professor. Protegeix-te el ulls amb ulleres i les mans amb guants.

8 10

4

10

3

10 2 Amb les broques corresponents, fes els forats en els llocs indicats de les peces, com s’indica en els plànols. Per foradar les peces petites, subjecta-les amb la mordassa de trepant. Eixampla un dels costats del forat del llistó de 35 x 40 amb un altre forat de 6 mm de diàmetre i una fondària d’uns 4 mm (fes-ho tal com indica el plànol).

5 13

5

6

– 2 claus de 19 x 36 de cabota plana – 2 molles de bolígraf – 3 volanderes de M-3 – 5 volanderes de M-4 – 3 claus de 13 x 15 de cabota plana

158

Eines: 11

– Eines del taller de fusteria – Trepant, mordassa de trepant

– Claus de 7 x 7 o de 10 mm de llargària

– Broques d’1,75 mm, 3,25 mm, 4 mm, 6 mm i 6,5 mm de diàmetre

– Cargol i femella de M-3 x 20

– Serra de mecànic, soldador elèctric, estany de soldar

– Filferro d'1,5 mm de diàmetre

– Joc de serres de corona amb broca de 8 mm de diàmetre

– Cola blanca

10

9

7 11

1

159

Representació d'un motor d'explosió 9 Enganxa a la part de davant del tauler els quadrats de contraplacat de 20 x 20 mm de costat.

Fes coincidir exactament els forats. Assegura’t que el pal de 6 mm de diàmetre hi gira bé.

10 Munta dues peces de llistó de 10 x 10 mm; uneix-les pels extrems del pal de 6 mm de diàmetre, després de passar aquest per un dels forats. El conjunt ha de girar bé. Després, munta les altres per l’altre forat.

11 Uneix el cigonyal amb la rodeta de 25 mm de diàmetre, que va a la part de darrere. Passa-hi el pal de 8 mm de diàmetre. Comprova que pugui girar bé.

procediment 14 Ara, munta les peces de filferro de manera que totes dues vagin subjectades per una de les anelles en la rodeta inferior. Per subjectar-les, passa un dels trossos de clau que has tallat i colla’l perquè no surti per sota la roda. Després, subjecta l’altre extrem de les peces de filferro en els llistonets que actuen sobre les vàlvules, col·locats tal com indica la figura. Ara, gradua les palanques per la part anterior perquè puguin accionar degudament les vàlvules; han d’estar més o menys horitzontals i han de tocar la part superior de les vàlvules. Si veus que les palanques no queden prou subjectades sobre el pal que fa d’eix, un cop graduades posa-hi una mica de cola.

Ja tens el motor a punt de funcionar. Gira la manovella (palet de fusta) que uneix la biela amb el cigonyal i veuràs com s’obren i es tanquen les vàlvules mentre el cigonyal gira. Com ja saps, en la realitat, el moviment del cigonyal és produït pel moviment alternatiu del pistó transformat en moviment circular per la biela.

Evidentment, el moviment de les vàlvules va coordinat amb el dels pistons perquè es puguin obrir i tancar en determinats moments. Podràs comprovar que els moviments combinats del teu motor no es corresponen exactament amb els moviments necessaris perquè el motor sigui de quatre temps. Per aconseguir-ho, caldrien mecanismes més complexos que serien difícils en un treball com aquest, però, malgrat tot, aquest procediment sí que pot servir per veure com uns determinats mecanismes produeixen moviments combinats que s’acosten als que tenen lloc en la realitat.

12 Amb unes alicates de tall, talla tres claus de 13 x 15 o d’1,75 mm de diàmetre, a 12 mm a partir de la cabota.

13 Amb filferro d’1,5 mm de diàmetre, construeix dues peces com les indicades en el plànol. La distància entre les anelles dels extrems de la peça és de 160 mm. Fes les anelles amb unes alicates de boca rodona i, si cal, tanca-les amb unes alicates de boca plana. Per doblegar l’anella, s’ha de fer bastant força. Si cal, demana ajuda al professor.

5

30

25 8

4

5

ø = 1,5

ø=6 60

ø = 1,5

ø=6

135°

70 22

35

ø = 3,25

160

24

15

40

20

18

ø = 3,25 ø=4

161

5

Reportatge Cada vegada els cotxes de fórmula 1 són més prodigiosos. Poden arribar a córrer moltíssim (més de 350

La fórmula 1

km/h), fins al punt que s'ha hagut de limitar aquesta velocitat per raons de seguretat. També ha progressat molt la seguretat dels pilots. Certament, pocs pilots sofreixen accidents mortals en les curses. Pilots i tècnics treballen en equip i les marques

Les proves de fórmula 1 són autèntics laboratoris on s'experimenten moltes de les innovacions que després s'apliquen als vehicles que conduïm.

automobilístiques hi esmercen grans esforços econòmics.

Els motors són d'explosió de quatre temps, com qualsevol dels cotxes que fem servir normalment. Generalment, tenen 8 cilindres en V. La velocitat màxima de gir del motor s'acosta a les 20.000 revolucions per minut. Disposen de sistemes d'in-

Activitats:

jecció i de turbocompressors molt avançats que milloren el rendiment del motor. Però, sobretot, el que re-

ta adherència al terra, gairebé com si

gula la marxa del motor actualment

es tractés d'una ventosa.

són uns circuits electrònics que controlen, amb una gran exactitud, paràmetres com la quantitat exacta de combustible o d'aire perquè la combustió tingui les condicions òptimes i es pugui aconseguir la màxima potència. Aquesta regulació la poden fer els tècnics des dels boxs per mit-

La forma aerodinàmica dels cotxes de fórmula 1 evita que surtin volant!

1 Contesta raonadament aquesta pregunta:

• No seria bo, també, aprofitar aquests esforços en la millora de l'automoció per experimentar en vehicles que no contaminessin tant i fossin més respectuosos amb el medi ambient?

jà d'ones, mentre dura la cursa, per tal de millorar el rendiment dels me-

Els vehicles de fórmula 1 pesen rela-

canismes. Els sistemes d'embragat-

tivament poc. Els motors són d'aliat-

ge i de frenada estan dissenyats amb

ges molt lleugers i les carrosseries

nous materials que poden suportar

són fetes de fibres de carboni i no

els forts escalfaments que es pro-

pas de metall. Els volants tenen un

dueixen a tan altes velocitats de gir.

pes mínim, però disposen d'una veritable centraleta electrònica que per-

Cotxes com aquests sembla que

met que el pilot pugui comandar el

haurien de volar i sortir a gran velo-

motor i, alhora, comunicar-se amb

citat dels revolts, però si has vist

l'equip tècnic.

una cursa hauràs pogut observar

162

que sembla que s'enganxin a terra.

Es podrien dir moltes més coses

I és que la forma aerodinàmica de la

dels cotxes de fórmula 1, però és

carrosseria, amb els alerons i, espe-

evident que es tracta d'unes màqui-

cialment, amb la part inferior del ve-

nes molt especials que, conduïdes

hicle, està estudiada de manera que,

per pilots molt preparats, ofereixen

d'una banda, ofereix poca resistència

uns espectacles seguits per milions

a l'aire i, de l'altra, presenta una for-

d'espectadors de tot el món.

163

Els motors es poden classificar segons: a. La quantitat d’energia que consumeixen. b. La font d’energia que utilitzen. c. El nombre de revolucions per minut a què treballen. d. L’energia mecànica o de moviment que generen.

educació ambiental

2

Com s’anomena el motor que utilitza l’energia calorífica i la transforma en energia mecànica? a. Hidràulic

3

b. Eòlic

• Quin motor portaran els cotxes del futur?

Fa molts anys, Leonardo da Vinci ja va idear un vehicle autopropulsat. El 1769, el francès Nicolas Cugnot va muntar una màquina de vapor en un carro de tres rodes, el pesant Fardier (carraca). I la llista de somiadors i pioners es pot allargar amb noms rellevants, entre els quals destaquen el del creador del motor Stirling, que gairebé després de més de cent anys de la seva invenció es torna a experimentar amb la tecnologia d'avui i és la base del motor d'aire.

Des de l'aparició de la màquina de vapor es van dur a la pràctica nombroses millores, i en un intent de simplificar-la, l'any 1816, Robert Stirling va patentar un motor que funcionava amb aire calent. Continuava sent un motor de combustió externa, però sense la necessitat de la caldera.

Aquest motor funciona per mitjà de l'aire que hi ha a l'interior d'un cilindre i que, en ser escalfat, s'expandeix i fa desplaçar un èmbol ajustat dins del cilindre. Quan l'aire es refreda, es contrau, i l'èmbol retorna a la posició inicial mentre fa un moviment rectilini alternatiu que es transforma en un moviment circular per mitjà d'un sistema de biela-manovella.

164

5

Els avantatges principals del motor Stirling són el seu sistema de combustió externa, que permet cremar qualsevol tipus de combustible per escalfar el motor. Però, a més, és extremament silenciós i funciona sense generar vibracions, té un baixíssim índex de contaminació i genera, alhora, energia elèctrica, mecànica i tèrmica (cogeneració).

En un futur pròxim es veurà si aquest motor o el motor d'aire formarà part dels cotxes híbrids o si serà capaç de fer circular per si sol vehicles que no contaminin.

b. De combustió externa d. De combustió externa o interna

Què permet, el distribuïdor de la màquina de vapor? a. El retorn de la tija, per acció de la biela. b. L’entrada del vapor alternativament pels dos costats del cilindre. c. El control de la velocitat de la màquina perquè sigui constant. d. La màquina de vapor no disposa de cap element anomenat distribuïdor.

7

Quins elements bàsics té l’estructura del motor d’explosió? a. El pistó, el cigonyal i el cilindre. c. Les vàlvules i l’eix de lleves.

8

9

b. En la fase d’explosió i expansió d. En la fase d’admissió

En quins vehicles s’utilitza generalment el motor d’explosió de quatre temps de cicle dièsel? a. Vehicles agrícoles c. Locomotores de trens

10

b. La culata, el bloc i el càrter. d. L’injector, el carburador i la bugia.

En quina fase es duu a terme la transformació de l’energia calorífica en energia mecànica en el motor d’explosió? a. En la fase de compressió c. En la fase d’escapament

Investiga i opina: – Quin és el tipus de motor amb el qual poden funcionar els vehicles que menys contaminen?

Raona la teva resposta.

– Investiga si, en el teu entorn més immediat, els motors o els vehicles tenen una gran incidència negativa en el medi ambient i pensa què es podria fer per reduir-ne l'impacte mediambiental.

b. Energia potencial d. Cap de les anteriors no és correcta

Com poden ser els motors tèrmics segons el lloc on es produeix la combustió? a. De combustió interna c. De cicle combinat

6

b. Amb l’energia del carbó d. Amb l’energia del vent

Com s’anomena l’energia del moviment dels cossos? a Energia cinètica c. Energia renovada

El motor Stirling

d. Tèrmic

Amb quina energia funcionen els motors hidràulics? a. Amb l’energia de l’aire c. Amb l’energia de l’aigua

4

c. Elèctric

b. Camions d. Totes les respostes són correctes

Com funcionen els motors de combustió interna de dos temps?

avaluació

eix transversal

5 1

165