Motors Tèrmics: Classificació, Funcionament i Característiques

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 cremar el combustible es coneix amb el nom de combustió. Són necessaris els elements següents:

• Combustible
• Oxigen
• Un element que aporti calor per iniciar la combustió.

Els motors tèrmics s'anomenen així perquè s'hi dóna una combustió que transforma energia química en energia tèrmica. Hi ha dos tipus:

• Segons el lloc on s'origina la combustió, els motors poden ser de combustió externa o de combustió interna.
• Segons el moviment que s'hi origini, poden ser alternatius o rotatius.

Els motors de combustió interna alternatius són els motors més comuns.

La Màquina de Vapor

La màquina de vapor recorre a la pressió del vapor d'aigua que es produeix quan aquesta s'escalfa en un foc exterior al motor. El vapor a altes pressions s'introdueix en el motor i origina un moviment alternatiu que es transforma en circular mitjançant un mecanisme de biela-manovella. Dins del cilindre, el vapor treballa en dues fases:

• El vapor a alta pressió entra per l'orifici de l'esquerra i arriba a la part dreta del cilindre, on empeny el pistó cap a la dreta. En desplaçar-se de dreta a esquerra, el pistó empeny el vapor cap a l'orifici central.
• En la segona fase, el vapor que continua entrant per l'orifici de l'esquerra es queda en aquesta zona del cilindre empenyent el pistó cap a la dreta.

Motors d'Explosió de Quatre Temps

Si el combustible és gasolina, dins del cilindre té lloc una explosió de la mescla, quan la bugia fa una guspira. El pistó hi llisca amunt i avall després de l'explosió. El desplaçament d'aquest pistó es fa entre el PMS (Punt Mort Superior) i PMI (Punt Mort Inferior). Del pistó arrenca una biela que s'acobla a la manovella. Aquests dos elements són els que transformen el moviment alternatiu del pistó en moviment rotatori. El volant fa girar el motor entre cada explosió. Als costats del cilindre hi ha el conducte d'admissió o d'escapament. Aquests dos conductes es tanquen mitjançant unes vàlvules anomenades vàlvules d'admissió i vàlvula d'escapament.

Cicle Tèrmic

• Admissió: En engegar el motor, el pistó que es troba al 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.
• Compressió: El pistó, que és a baix, comença a pujar i la vàlvula d'admissió es tanca. 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.
• 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.
• 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.

Aquest motor no podria funcionar sense els següents elements:

• El motor d'arrencada: un petit motor elèctric que arrossega tot el motor en el moment d'engegar-lo i que s'acciona amb la clau de contacte.
• El delco: proporciona corrent elèctric a les bugies del motor quan cal una guspira per provocar les explosions.
• El cigonyal: quan gira, permet imprimir el moviment a altres parts de l'automòbil.
• El càrter: a més de formar part de la carcassa del motor, és un recipient que conté l'oli que lubrica tots els elements interns del motor.
• La refrigeració del motor: formada per un circuit amb canonades d'aigua i un ventilador.
• L'escapament: porta el fum del motor a l'exterior i n'esmorteeix el soroll.

Característiques dels Motors

Hi ha tres característiques principals:

• Potència: És la mesura de la quantitat de treball que el motor és capaç de fer en un determinat temps i s'expressa en cavalls.
• Diàmetre interior del cilindre (calibre): Es representa amb la lletra d i s'expressa en mil·límetres.
• Cursa: És la longitud (L) que hi ha entre el PMS i el PMI d'un cilindre i s'expressa en mil·límetres.

Cilindrada: És el volum interior del cilindre entre el PMS i el PMI. S'expressa en centímetres cúbics i l'anomenem V_c.

Relació de compressió: És el quocient de dividir el volum que ocupa la mescla quan el pistó és al PMI, i el volum que ocupa quan es troba al PMS o volum de la cambra de compressió.

V_c = cilindrada; S = superfície del pistó; L = cursa; d = diàmetre del cilindre.

R_c = relació de compressió; V_c = cilindrada; V = volum de la cambra de compressió.

Motors de Dos Temps

Primer temps:

• Primera fase: el pistó puja i comprimeix els gasos cap a la cambra de compressió.
• Segona fase: quan el pistó és al PMS, la guspira produïda en la bugia encén la barreja i es produeix l'explosió, que empeny el pistó cap al PMI. Al mateix temps, per la lluerna d'admissió entra la barreja de combustible i aire.

Segon temps:

• Tercera fase: durant el moviment del pistó cap al PMI, es tanca la lluerna d'admissió, s'obre la d'escapament i comencen a sortir els gasos cremats.
• Quarta fase: en arribar el pistó al PMI, s'obre la lluerna de càrrega, amb la qual cosa es permet l'entrada de barreja al cilindre al mateix temps que ajuda a expulsar els gasos cremats. El pistó comença llavors a pujar, comprimeix els gasos a la cambra de compressió i es repeteix de nou el cicle.

Els motors de dos temps tenen uns avantatges:

• No necessiten vàlvules ni mecanismes per accionar-les.
• Desenvolupen més potència.

I uns inconvenients:

• Consumeixen oli al combustible per aconseguir lubricar-se.
• El seu rendiment és més baix.

El Motor Dièsel

Rudolf Diesel va posar en marxa els primers motors d'aquestes característiques cap a l'any 1897. El combustible que utilitzen és el gasoil. El funcionament d'aquest motor, igual que el d'explosió, es duu a terme en un cicle de quatre temps. En l'admissió solament entra l'aire al cilindre, i no la barreja, per la qual cosa la compressió s'efectua només de l'aire atmosfèric. En el tercer temps, pel fet que la relació de compressió és molt elevada i els gasos s'escalfen quan es comprimeixen, es produeixen unes temperatures altíssimes. Quan s'injecta el gasoil dins el cilindre, s'inflama i es provoca la combustió. Hi ha algunes diferències que és important especificar:

• No porten bugia.
• El carburador se substitueix per un injector de combustible.
• Els cilindres són més grans i, en general, tot el motor és més robust i pesant.