Motors de 2 i 4 Temps: Gasolina, Dièsel, Vapor i Estructures

Motors de Combustió, Vapor i Tipus d'Estructures

Estructures: Tipus i Esforços

Hi ha estructures artificials i naturals.

Definició i Tipus d'Estructures Artificials

Les estructures artificials són aquelles que l'ésser humà ha construït per satisfer les seves necessitats. Existeixen diversos tipus, entre els quals destaquen:

• Estructures entramades: Formades per la unió d'elements horitzontals i verticals. Exemples comuns són una taula o una escala.
• Estructures triangulades: Compostes per barres unides entre si formant triangles, la qual cosa proporciona una gran rigidesa i resistència a l'estructura. S'utilitzen en grues i ponts, per exemple.
• Estructures laminars o carcassa: Es basen en la utilització de làmines (superfícies primes i extenses) a les quals es dona forma per augmentar-ne la resistència i rigidesa. Exemples inclouen la carrosseria d'un cotxe o el fuselatge d'un transbordador espacial.

Esforços Principals en Estructures

Els elements d'una estructura estan sotmesos a diferents tipus d'esforços:

• Compressió: Esforç que experimenta un element quan les forces que actuen sobre ell tendeixen a aixafar-lo o escurçar-lo.
• Tracció: Esforç que experimenta un element quan les forces que actuen sobre ell tendeixen a estirar-lo o allargar-lo.
• Flexió: Esforç que experimenta un element quan les forces que actuen sobre ell tendeixen a corbar-lo.
• Torsió: Esforç que experimenta un element quan les forces que actuen sobre ell tendeixen a retorçar-lo.
• Tallant o de cisallament: Esforç que experimenta un element quan les forces que actuen sobre ell tendeixen a tallar-lo, actuant en plans paral·lels.

Màquines Tèrmiques: Vapor i Combustió Interna

Funcionament de la Màquina de Vapor Moderna

El funcionament bàsic d'una màquina de vapor moderna de doble efecte es pot descriure en dues etapes principals relacionades amb l'acció d'un distribuïdor:

A) El vapor a alta pressió entra per un orifici i, gràcies a l'acció del distribuïdor, arriba a un costat del cilindre (per exemple, el dret). Aquí, la pressió del vapor empeny el pistó cap al costat oposat (en aquest cas, cap a l'esquerra). En desplaçar-se, el pistó expulsa el vapor del cicle anterior, que es troba a l'altre costat del cilindre, cap a l'orifici de sortida a través d'un altre conducte.

B) A continuació, el distribuïdor canvia de posició. Això fa que el vapor a alta pressió, que continua entrant pel mateix conducte d'admissió general, sigui dirigit ara cap a l'altre costat del cilindre (l'esquerre). Aquest vapor empeny el pistó en la direcció contrària (cap a la dreta), mentre el vapor del costat dret és expulsat.

Motor de 4 Temps: Cicle de Funcionament

El motor de combustió interna de quatre temps completa el seu cicle de treball en quatre curses del pistó (dues voltes del cigonyal). Les fases són:

• Admissió: El pistó baixa des del Punt Mort Superior (PMS) fins al Punt Mort Inferior (PMI). La vàlvula d'admissió s'obre, permetent que la mescla d'aire i gasolina (en motors de gasolina) o només aire (en motors dièsel) entri al cilindre.
• Compressió: La vàlvula d'admissió es tanca i el pistó puja des del PMI fins al PMS, comprimint la mescla (o l'aire) dins del cilindre. Això augmenta la seva temperatura i pressió.
• Explosió-Expansió (o Combustió-Expansió): En motors de gasolina, la bugia genera una guspira elèctrica que encén la mescla comprimida, provocant una ràpida expansió dels gasos. En motors dièsel, el combustible s'injecta en l'aire altament comprimit i calent, produint-se l'autoignició. L'expansió dels gasos impulsa el pistó amb força des del PMS fins al PMI. Aquesta és l'única fase en què es produeix treball útil.
• Escapament: La vàlvula d'escapament s'obre i el pistó torna a pujar des del PMI fins al PMS, expulsant els gasos cremats del cilindre a través del conducte d'escapament.

Motor de 2 Temps: Cicle i Característiques

El motor de dos temps completa el seu cicle en dues curses del pistó (una volta del cigonyal), combinant funcions en cada cursa gràcies a l'ús de lluernes (obertures al cilindre) en lloc de vàlvules tradicionals.

Descripció simplificada de les fases (esdeveniments principals):

• Fase 1 (Cursa ascendent: Compressió i Admissió al càrter): El pistó puja des del PMI cap al PMS. Durant aquest moviment, comprimeix la mescla aire/combustible prèviament admesa a la part superior del cilindre. Simultàniament, el moviment ascendent del pistó crea un buit al càrter (la part inferior del motor), la qual cosa fa que s'obri la lluerna d'admissió i entri una nova càrrega de mescla fresca (aire, combustible i oli lubricant) al càrter.
• Fase 2 (Cursa descendent: Explosió-Expansió, Escapament i Transferència): Quan el pistó arriba prop del PMS, la bugia encén la mescla comprimida (explosió), impulsant el pistó cap avall amb força (expansió). Durant la cursa descendent:
  1. Primer, el pistó descobreix la lluerna d'escapament, permetent la sortida dels gasos cremats.
  2. Poc després, el pistó descobreix la lluerna de transferència (o de càrrega). La mescla fresca que estava comprimida al càrter (per la cara inferior del pistó en la seva cursa descendent) passa a través d'aquesta lluerna cap a la part superior del cilindre, ajudant a expulsar els gasos cremats restants (escombratge) i omplint el cilindre per al proper cicle.

Avantatges:

• Són mecànicament més senzills (no tenen vàlvules ni els mecanismes per accionar-les).
• Són més lleugers i compactes per a una mateixa cilindrada.
• Produeixen una explosió per cada volta del cigonyal (el doble que un motor de 4 temps), la qual cosa pot resultar en una major potència específica (potència per unitat de pes o cilindrada).

Inconvenients:

• Menor eficiència de combustible, ja que part de la mescla fresca pot escapar-se per la lluerna d'escapament durant la fase de transferència.
• Major emissió de contaminants (hidrocarburs no cremats).
• La lubricació és més crítica i sovint es realitza barrejant oli amb el combustible, la qual cosa contribueix a la contaminació.
• Menor durabilitat i desgast més ràpid en comparació amb els motors de 4 temps, especialment a altes revolucions.

Combustibles i Diferències Clau entre Motors

Biocombustibles: Alternativa Sostenible

Els biocombustibles són combustibles d'origen biològic, és a dir, que provenen de la transformació de matèria orgànica (biomassa). Es presenten com una alternativa als combustibles fòssils (petroli, carbó, gas natural) per tal de reduir la dependència d'aquests i mitigar l'impacte ambiental. Actualment, els tipus més coneguts i utilitzats són:

• Bioetanol: Alcohol produït principalment a partir de la fermentació de sucres o midons presents en cultius com la canya de sucre, el blat de moro o la remolatxa. Es pot utilitzar barrejat amb gasolina o en motors adaptats.
• Biodièsel: Èster produït a partir d'olis vegetals (colza, gira-sol, soja), greixos animals o olis de fregir usats, mitjançant un procés anomenat transesterificació. Es pot utilitzar en motors dièsel, pur o barrejat amb gasoil convencional.

Diferències: Motor Gasolina vs. Motor Dièsel (4 Temps)

Tot i que ambdós són motors de combustió interna de 4 temps, existeixen diferències fonamentals entre els motors de gasolina (cicle Otto) i els motors dièsel:

• Admissió: Els motors de gasolina admeten una mescla d'aire i combustible. Els motors dièsel admeten només aire.
• Compressió: Els motors dièsel tenen una relació de compressió molt més alta (la cambra de compressió és més petita). Comprimeixen l'aire a pressions i temperatures molt elevades.
• Encesa:
  • Gasolina: La mescla aire-combustible comprimida s'encén mitjançant una guspira elèctrica produïda per una bugia.
  • Dièsel: El combustible (gasoil) s'injecta finament polvoritzat mitjançant un injector directament al cilindre, on l'aire està tan calent a causa de l'alta compressió que el combustible s'encén espontàniament (autoignició), sense necessitat de bugia.
• Tipus de combustible: Gasolina per a motors Otto, gasoil per a motors Dièsel.
• Eficiència i parell motor: Els motors dièsel solen ser més eficients (menor consum específic) i ofereixen un major parell motor a baixes revolucions.