Màquines Tèrmiques: Motors, Combustió i Cicle de Quatre Temps

Màquines Tèrmiques: Tema 6

Motors Tèrmics: Definició i Classificació

Els motors tèrmics aprofiten l'energia tèrmica produïda en cremar un combustible per transformar-la en energia mecànica.

El Procés de Combustió

El procés de cremar el combustible es coneix amb el nom de Combustió. Per tal que aquesta es pugui dur a terme, són necessaris els elements següents:

• Combustible: Per exemple, fusta, carbó, gasolina, etc.
• Oxigen: Generalment procedent de l'aire.
• Element iniciador de calor: Per exemple, la flama d'un llumí, una guspira, etc.

Els motors tèrmics s'anomenen així perquè s'hi produeix una combustió que transforma l'energia química en energia tèrmica. N'hi ha diversos tipus:

1. Segons el lloc on s'origina la combustió: Poden ser de combustió externa (la combustió es fa fora del motor) o de combustió interna (s'hi fa dins).
2. Segons el moviment que s'hi origini: Poden ser alternatius (de vaivé) o rotatius.

La Màquina de Vapor

Fase 1: Entrada i Desplaçament a l'Esquerra

El vapor d'alta pressió entra per l'orifici de l'esquerra i, gràcies al distribuïdor, arriba a la part dreta del cilindre. Aquí el vapor empeny el pistó cap a l'esquerra. En desplaçar-se de la dreta a l'esquerra, el pistó empeny el vapor cap a l'orifici central, que és el de sortida.

Fase 2: Canvi de Posició i Desplaçament a la Dreta

En la segona fase, es veu que el distribuïdor ha canviat de posició, la qual cosa provoca que el vapor que continua entrant per l'orifici de l'esquerra es quedi en aquesta zona del cilindre empenyent el pistó cap a la dreta.

Motor d'Explosió de Quatre Temps

Un dels motors de combustió interna més coneguts i estudiats és el motor de quatre temps. Si el combustible és gasolina, dins del cilindre té lloc una explosió de la mescla (gasolina i aire) quan la bugia fa una guspira.

Components Clau del Motor

• El pistó o èmbol llisca amunt i avall ajustant-se a les parets del cilindre. El seu desplaçament es fa entre dos punts, anomenats Punt Mort Superior (PMS) i Punt Mort Inferior (PMI).
• Al damunt del pistó, quan és al PMS, la culata forma la cambra de compressió, on s'acumula la mescla abans de cremar-se.
• Del pistó, arrenca una biela que s'acobla a la manovella o colze cigonyal. Aquests dos elements transformen el moviment alternatiu del pistó en un moviment rotatori.
• En un extrem del cigonyal hi va muntada una roda anomenada volant que, per la inèrcia del seu pes, fa girar el motor entre cada explosió.
• Als costats del cilindre hi ha el conducte d'entrada de la mescla o d'admissió, i el de sortida dels gasos o d'escapament. Aquests dos conductes es tanquen mitjançant unes vàlvules que reben el nom de vàlvula d'admissió i vàlvula d'escapament.

El Cicle Tèrmic i les Quatre Fases

Dels processos que tenen lloc al cilindre des que hi entra la mescla fins que n'expulsen els gasos en diem cicle tèrmic, i es caracteritzen per quatre fases o temps:

1. Admissió: En engegar un motor, el pistó que es troba al capdamunt del recorregut (PMS) baixa fins al PMI. La vàlvula del conducte d'admissió s'obre, i la mescla de gasolina i aire, que ve del carburador, entra al cilindre.
2. Compressió: El pistó que és avall comença a pujar. La vàlvula d'admissió es tanca, i el pistó puja de nou fins al PMS i comprimeix la mescla dels gasos, que, d'aquesta manera, es queden a la cambra de compressió.
3. Explosió-Expansió: La mescla, fortament comprimida, s'encén per mitjà d'una guspira elèctrica que fa la bugia. L'explosió llança el pistó des del PMS fins al PMI. És l'única fase en què es produeix treball.
4. Escapament: El pistó, que torna a pujar cap al PMS des del PMI, empeny els gasos que s'han produït durant la combustió i els fa sortir a l'exterior per la vàlvula d'escapament, que ara està oberta.