MOTOARE TERMICE

MOTOARE TERMICE

REFERAT FIZIC

FIZICA- este tiina care studiaz proprietile i structura materiei,formele de micare ale acesteia, precum i transformrile lor reciproce. Fizica este poate cea mai important tiin a naturii deoarece cu ajutorul ei pot fi explicate n principiu orice alte fenomene ntlnite n alte tiine ale naturii cum ar fi de exemplu chimia sau biologia.

Motorul termic - este un sistem termodinamic care evolueaza ciclic pe baza unui fluid,transformnd caldura in lucru mecanic, n baza principiului al II-lea al termodinamicii. Conform principiului al doilea al termodinamicii, entropia unui sistem nu poate decat s creasc, doar o parte a cldurii preluate de la sursa de cldur (numita si sursa calda) este transformat n lucru mecanic. Restul de cldura este transferat unui sistem cu temperatura mai mic, numit sursa rece.Legile de baz ale funcionalitii mainilor termice:Principiul I al termodinamicii - Energia interna a unui sistem termodinamic, mrime de stare. Lucrul mecanic intr-un proces adiabatic. Cldura, mrime de proces.O alt exprimare a principiului I a termodinamicii: Nu se poate construi (motor termic) care s functioneze far a primii cldur sau alt forma de energie .Din primul principiu I al termodinamicii rezulta imposibilitatea realizarii unuiperpetuum mobile de spea I.Ecuatia primului principiu al termodinamicii: dQ=dU-dL

Principiul II al termodinamicii:Formularea Thomson pentru principiul al doilea al termodinamicii(Monoterm):Intr-o transformare ciclic monoterm , sistemul nu poate ceda lucu mecanic n exterior. Dac transformarea ciclic monoterm este si ireversibil,atunci sistemul primeste lucru mecanic din exterior.Formularea R. Clausius pentru al doilea al termodinamicii(Biterm):Nu este posibil o transformare care s aib ca rezultat o trecere de la sine a cldurii de la un corp cu o temperatura dat la un corp cu o temperatur mai ridicat.Formularea Carnot pentru principiul al doilea al termodinamicii:Raportul cldurilor schimbate ntr-o transformare ciclic reversibil a unui sistem termodinamic este o functie universal de temperatur celor dou surse . Ciclul Carnot este o transformare ciclic cvasistatic format din dou transformri izoterme si doua adiabate.El o fost propus de Carnot care caut s mbunteasc randamentul motoarelor termice.S-a constatat ca acest ciclu nu poate fi realizat in niciun motor real, este deci un ciclu teoretic, un ciclu ideal, al carui studiu a jucat insa un rol important in dezvoltarea teoriei motoarelor termice .

Pentru a studia ciclul Carnot vom folosi drept substanta de lucru v kilomoli de gaz ideal ,nchis intru-un ciclu cu piston mobil. Fie , parametrii gazului in stare initial.In coordonate p, V, transformarea este reprezentata prin izoterma 1-2.Aducem cilindrul cu gaz pe o suprafata termoizolatoare si lsm gazul s se destind adiabatic pan la volumul . Grafic, procesul este reprezentat de adiabata 2-3. Comprimm izoterm si cvasistatic gazul de la volumul , , izoterma 3-4.In urma acestei comprimri temepratura lui va creste de la ,,si gazul revine in starea initial adiabata 4-1.

Dac reprezentam cele patru transformari succesive pe un singur grafic, in coordonate p, V, obtinem o transformare ciclic, reversibila care este tocmai ciclul Carnot.

Din studiul ciclului Carnot si al motoarelor termice reale, rezult o consecint foarte important:randamentul unei masini termice reale =1-, care functioneaza ciclic intre doua termostate de temperaturi sieste intotdeauna mai mic decat randamentul unui ciclu Carnot reversibil = 1- care functioneaza intre aceleeasi termostate. Matematic se poate scrie:

TIPURI DE MOTOARE TERMICE: Motor cu ardere extern,la care sursa de cldur este extern fluidului ce sufer ciclul termodinamic: 1.motorul cu Aburi 2.turbina cu Aburi 3.motor Stirling

Motor cu ardere intern,la care sursa de cldur este un proces de combustie suferit chiar de fluidul supus ciclului termodinamic: 1.motorul Otto 2.motorul Diesel 3.motorul Carnot 4.motor cu Reactie

Principiul de funcionare al motoarelor termice cldura, pe care motoarele termice o transform partial in lucru mecanic , se obtine prin arderea in motor al unui combustibil. Cldura ajunge la substanta de lucru care i mrete presiunea si apasa pistonul mobil .Pentru c motoarele termice cu ardere intern sunt cele mai cunoscute si folosite in zilele noastre vom analiza modul de funcionare a ctorva dintre ele .MOTORUL OTTO Motorul otto este un motor in 4 timpi,iar ciclul de functionare este format din 2 adiabate si 2 izocore. Nikolaus August Otto ,nastere 14 iunie 1832, Holzhausen an der Haide, Nassau; deces 26 ianuarie 1891 Kln ; A fost inventatorul german al primului motor cu combustie intern care ardea n mod eficient combustibiluldirect ntr-un piston de camer. Dei alte motoarele cu combustie intern fuseser inventate (de exemplu, de ctre Etienne Lenoir), acestea nu s-au bazat pe patru timpi separai. Conceptul de patru timpi este posibil s fi fost deja discutat la data inveniei lui Otto, dar el a fost primul care l-a pus n practic.Motorul otto foloseste drept combustibil vapori de benzin amestecai cu aer.Acest amestec este absorbit ntr-un cilindru cu piston si aprins cu ajutorul unei scntei electrice, produsa de bujie ( de aici si denumirea de motor cu aprindere prin scnteie).Prin arederea combustibilului rezult gaze la temperatura si presiune ridicate.Acestea apas asupra pistonului si il pun in micare .La piston este legat o biel si de biel o manivel prin intermediul carora miscarea rectilinie alternativa al pistonului se transform in circular continu.Succesiunea de transformri la care particip substanta de lucru reprezin CICLULPerioada corespuntoare deplasrii pistonului , de la un capt la cellalt al cilindrului poart denumirea de TIMP.TIMPUL 1- aspiratia- Pistonul coboar in cilindru , in momentul inceperii acestei miscri supapa de admisie se deschide, admisie descendent combustibilul cu aer intr in camera pistonului.TIMPUL 2-compresie- adiabatic n sens ascendent - pistonul comprim amestecul ,cand ajunge aproape de punctul mort inferior ,ambele supape se inchid.TIMPUL 3- ardere- i destindere adiabatic descendent - arde amestecul de combustibile cu scnteie electric.TIMPUL 4-evacuarea-Pistonul se misca in sus spre punctul mort superior si impinge afar in admosfer gazele arse si destinse (gaze de eapament).Din cei 4 timpi numai in unul singur (timpul 3 )se produce lucru mecanic.Randamentul termic al motorului otto: =1 -

MOTORUL DIESELeste un motor cu ardere intern n care combustibilul se aprinde datorit temperaturii ridicate create de comprimarea aerului necesar arderii, i nu prin utilizarea unui dispozitiv auxiliar, aa cum ar fi bujia n cazul motorului cu aprindere prin scnteie.Comprimarea unui gaz conduce la creterea temperaturii sale, aceasta fiind metoda prin care se aprinde combustibilul n motoarele diesel. Aerul este aspirat n cilindri i este comprimat de ctre piston pn la un raport de 25:1, mai ridicat dect cel al motoarelor cu aprindere prin scnteie. Spre sfritul cursei de comprimare motorina (combustibilul) este pulverizat n camera de ardere cu ajutorul unui injector. Motorina se aprinde la contactul cu aerul deja nclzit prin comprimare pn la o temperatura de circa 700-900 C. Arderea combustibilului duce la creterea temperaturii i presiunii, care acioneaz pistonul. n continuare, ca la motoarele obinuite, biela transmite fora pistonului ctre arborele cotit, transformnd micarea liniar n micare de rotaie. Aspirarea aerului n cilindri se face prin intermediul supapelor, dispuse la capul cilindrilor. Pentru mrirea puterii, majoritatea motoarelor diesel moderne sunt supraalimentate cu scopul de a mri cantitatea de aer introdus n cilindri. Folosirea unui rcitor intermediar pentru aerul introdus n cilindri crete densitatea aerului i conduce la un randament mai bun.n timpul iernii, cnd temperatura este sczut, motoarele diesel pornesc mai greu deoarece masa metalic masiv a blocului motor {format din cilindri i chiulas) absoarbe o mare parte din cldura produs prin comprimare, reducnd temperatura i mpiedicnd aprinderea. Unele motoare diesel folosesc dispozitive electrice de nclzire, de exemplu bujii cu incandescen, ajutnd la aprinderea motorinei la pornirea motorului diesel. Alte motoare folosesc rezistene electrice dispuse n galeria de admisie, pentru a nclzi aerul. Sunt folosite i rezistene electrice montate n blocul motor, tot pentru a uura pornirea i a micora uzura. Motorina are un grad mare de vscozitate, mai ales la temperaturi sczute, ducnd la formarea de cristale n combustibil, n special n filtre, mpiedicnd astfel alimentarea corect a motorului. Montarea de mici dispozitive electrice care s nclzeasc motorina, mai ales n zona rezervorului i a filtrelor a rezolvat aceast problem. De asemenea, sistemul de injecie al multor motoare trimite napoi n rezervor motorina deja nclzit, care nu a fost injectat, prevenind astfel cristalizarea combustibilului din rezervor. n prezent, folosirea aditivilor moderni a rezolvat i aceast problem.O component vital a motoarelor diesel este regulatorul de turaie, mecanic sau electronic, care regleaz turaia motorului prin dozarea corect a motorinei injectate. Spre deosebire de motoarele cu aprindere prin scnteie (Otto), cantitatea de aer aspirat nu este controlat, fapt ce duce la supraturarea motorului. Regulatoarele mecanice se folosesc de diferite mecanisme n funcie de sarcin i vitez. Regulatoarele motoarelor moderne, controlate electronic, comand injecia de combustibil i limiteaz turaia motorului prin intermediul unei uniti centrale de control care primete permanent semnale de la senzori, doznd corect cantitatea de motorin injectat.Controlul precis al timpilor de injecie este secretul reducerii consumului i al emisiilor poluante. Timpii de injecie sunt msurai n unghiuri de rotaie ai arborelui cotit nainte de punctul mort superior. De exemplu, dac unitatea central de control iniiaz injecia cu 10 grade nainte de punctul mort superior, vorbim despre un avans la injecie de 10 grade. Avansul la injecie optim este dat de construcia, turaia i sarcina motorului respectiv.Avansnd momentul injeciei (injecia are loc nainte ca pistonul s ajung la punctul mort inferior) arderea este complet, la presiune i temperatur mare, dar cresc i emisiile de oxizi de azot. La cealalat extrem, o injecie ntrziat conduce la ardere incomplet i emisii vizibile de particule de fum.TIMPUL 1 aspiratia- in cilindru se aspir aer din admosfer prin supapa de admisie, in timp ce pistonul se deplaseaz in jos , de lapunctul mort superior la punctul mort inferior. Supapa de evacuare este inchis.TIMPUL 2-compresia-in momentul in care pistonul a ajuns la punctul mort inferior se inchide si supapa de admisie . Pistonul incepe miscarea spre punctul mort superior si comprim adiabatic aerul absorbit . Compresia la aceste motoare este mult mai mare decat la cele cu aprindere prin scteie.TIMPUL 3-arderea-Cand a incetat compresia pompa de injectie pulverizeaz picturi extrem de mici de combustibil(motorin) .Pe masur ce ptrund in aerul comprimat , inclzit la temperatura de C fiecare pictur se inczeste, se aprinde si arde,degajnd cldur si gaze de ardere .Prin arderea combustibilului se produce o mare cantitate de caldura. Aceasta mareste presiunea gazelor de ardere care apasa puternic pe piston , care produce lucru mecanic in miscarea sa sprew punctul mort inferior.TIMPUL 4-evacuarea cu putin inainte ca pistonul sa ajunga la punctul mort inferior , se deschide supapa de evacuare .Presiunea scade brusc la valoarea presiunii admosferice , la volum constant si sistemul cedeaz in exterior cldur.

Randamentul termic al motorului Diesel este superior randamentului termic al motorului otto.

Motoarele diesel moderneMotoarele diesel sau cu aprindere prin comprimare sunt n doi sau n patru timpi. Majoritatea motoarelor sunt n patru timpi, dar unele motoare mari funcioneaz n doi timpi, de exemplu cele de pe nave. Majoritatea locomotivelor moderne folosesc motoare diesel n doi timpi, cuplate la generatoare electrice ce acioneaz motoare electrice, eliminnd nevoia transmisiei. Pentru creterea presiunii n cilindri s-a folosit supraalimentarea, mai ales la motoarele diesel n doi timpi care au cte o curs utile la fiecare rotaie a arborelui cotit.n mod normal, cilindrii sunt multiplu de doi, dar se poate folosi orice numr de cilindri, att timp ct sunt eliminate vibraiile excesive. Cea mai folosit configuraie este cea de 6 cilindri n linie, dar sunt folosii i 8 cilindri n V sau 4 n linie. Motoarele de mic capacitate (n special cele sub 5000 cmc) au de obicei 4 (majoritatea lor) sau 6 cilindri, fiind folosite la autoturisme. Exist i motoare cu 5 cilindri, un bun compromis ntre funcionarea lin a unuia de 6 cilindri i dimensiunile reduse ale unuia de 4 cilindri. Motoarele diesel pentru ntrebuinri curente (brci, generatoare, pompe) au 4, 3, 2 sau chiar un singur cilindru pentru capaciti mici.n dorina de a mbuntii raportul greutate/putere s-au adus inovaii privind dispunerea cilindrilor pentru a obine mai mult putere per cilindree. Cel mai cunoscut este motorul Napier Deltic, cu trei cilindri dispui sub form de triunghi, fiecare cilindru avnd 2 pistoane cu aciune opus, ntregul motor avnd 3 arbori cotii. Compania de camioane Commer din Marea Britanie a folosit un motor asemntor pentru vehiculele sale, proiectat de Tillings-Stevens, membru al Grupului Rootes, numit TS3. Motorul TS3 avea 3 cilindri n linie, dispui orizontal, fiecare cu 2 pistoane cu aciune opus conectate la arborele cotit printr-un mecanism de tip culbutor. Dei ambele soluii tehnice produceau o putere mare pentru cilindreea lor, motoarele erau complexe, scumpe de produs i ntreinut, iar cnd tehnica supraalimentarii s-a mbuntit n anii 1960, aceasta a rmas o soluie marginal pentru creterea puterii.nainte de 1949, Sulzer a construit, experimental, motoare n doi timpi supraalimentate la 6 bar, presiune obinut cu ajutorul unor turbine acionate de gazele de evacuare.BIBLEOGRAFIE D.BORSAN; M.SANDU ; A.COSTESCU -MANUAL DE FIZICA PENTRU CLASA A X-A EDITURA PEDAGOGICA R.A. BUCURESTI 1996WWW.STUDENTIE.RORO.WIKIPEDIA.ORG

CUPRINS

Definitia fizicii....................................................................pag.2Legile de baz ale funcionalitii mainilor termice..........pag.3Motorul Otto........................................................................pag.5Motorul Diesel.....................................................................pag.7Motoarele Diesel Moderne..................................................pag.9Bibleografie.........................................................................pag.10Cuprins................................................................................pag.11

1