Scoala

Centrala

Motoare termice

De Maiovschi StefanClasa

aa-X-a E1

4.01.2010

CuprinsScurt istoric Cum functioneaza?Alcatuire(Componente) Ciclul Carnot Ciclul Otto Exemple de motoare termice Legi fizice (de functionare) Randament

Cu ce ne ajuta? Bibliografie

2

Motorul termicScurt istoric Otto si-a inceput viata profesionala in postul de comis-voiajor pentru o sicomisbacanie din Cologne, dar a devenit tot mai preocupat de tehnologiile care abia apareau in epoca respectiva - mai exact gazele si aburul. Cea mai mare noutate a vremii a fost inventia lui Jean-Joseph-Etienne Lenoir - un Jean-Josephmotor care ardea gaze naturale. Acesta a fost atasat unei carute si, desi vehiculul se putea misca astfel "pe cont propriu", motorul era extrem de zgomotos si ineficient. Otto s-a gandit ca ar putea imbunatati situatia sfolosind un combustibil lichid si a inceput sa faca experimente in acest sens. El a construit primul motor cu gaz in anul 1861 si a format un parteneriat cu industriasul german Eugen Langen. Cunoscuta initial sub numele de N.A. Otto & Cie, compania respectiva functioneaza si in prezent, sub numele de Deutz AG. In urma unui accident fericit, Otto a ajuns sa recunoasca valoarea compresiei mixturii de combustibil cu aer inainte de arderea combustibilului respectiv. Astfel s-a nascut ideea ciclului sin patru timpi - numit si astazi "Ciclul Otto". Otto si-a petrecut urmatorii sicinci ani punand la punct acest proiect, care i-a adus in final medalia de iaur pentru 'motorul cu gaz atmosferic' la Expozitia de la Paris, din anul 1867.3

Cum functioneaza? Alcatuire(componente)Motorul este dispozitivul ce transforma combustibil(prin ardere,cedand caldura)in lucru mecanic. Componentele unui motor cu ardere intern cu ciclu n patru timpi:(E) Cam de ac ionare a supapei de evacuare, (I) Cam de ac ionare a supapei de admisie, (S) Bujie, (V) Bujie, Supape, Supape, (P) Piston, (R) Biel , (C) Arbore cotit, (W) C ma cotit, de ap pentru r cire.

4

Ciclul lui Carnotn termodinamic , ciclul Carnot este un ciclu teoretic, propus n 1820 de inginerul francez Nicolas Lonard Sadi Carnot, ciclu destinat compar rii randamentului termic al ma inilor Carnot, termice. Este un ciclu reversibil efectuat de o ma in Carnot legat la dou surse de c ldur de temperaturi diferite ( sursa cald i sursa rece ). Folose te ca agent de lucru un gaz perfect prin transform rile c ruia se ob ine lucrul mecanic. Ca orice ciclu termodinamic, i ciclul Carnot poate fi parcurs n sens orar, fiind n acest caz un ciclu motor, sau n sens antiorar (trigonometric), fiind n acest caz un ciclu generator. n cele motor, generator. ce urmeaz va fi descris ciclul Carnot motor. Ca orice ciclu termodinamic, i ciclul Carnot poate fi parcurs n sens orar, fiind n acest caz un ciclu motor, sau n sens antiorar (trigonometric), fiind n acest caz un ciclu generator. n cele motor, generator. ce urmeaz va fi descris ciclul Carnot motor. Este un ciclu n patru transform ri: Destindere izoterm reversibil a gazului la temperatura sursei calde, T . n aceast transformare destinderea gazului este determinat de absorb ia de c ldur la temperatur constant de la sursa cald , iar gazul efectueaz lucru mecanic asupra mediului. Cantitatea de c ldur absorbit de la sursa cald este notat n lucr rile n limba romn cu Q. Destindere adiabatic reversibil (izoentropic ) a gazului. n aceast transformare (B(BC n diagrama T-s) gazul continu s se destind efectund lucru mecanic asupra mediului. TDeoarece transformarea e adiabatic (f r schimb de c ldur ), prin destindere gazul se r ce te pn la temperatura sursei reci. Comprimare izoterm reversibil a gazului la temperatura sursei reci, T0. n aceast T0. transformare (C-D n diagrama T-s) mediul efectueaz lucru mecanic asupra gazului, (CTdeterminnd evacuarea c ldurii din gaz la temperatura sursei reci. Cantitatea de c ldur evacuat la sursa rece este notat n lucr rile n limba romn cu Q0. Q0. Comprimare adiabatic reversibil (izoentropic ) a gazului. n aceast transformare (D(D-A n diagrama T-s) mediul continu s efectueze lucru mecanic asupra gazului. Deoarece Ttransformarea e adiabatic (f r schimb de c ldur ), prin comprimare gazul se nc lze te 5 pn la temperatura sursei calde.

"Ciclul Otto".Timpul I Admisia; Timpul II Compresia; Timpul III Detenta (arderea) i destinderea Timpul IV Evacuarea

6

Timpul I: Absorbtia. Supapa de admisie este deschisa I: Absorbtia. iar supapa de evacuare este inchisa. Cand pistonul se trage in cilindru, aspira amestecul exploziv de aer si benzina din carburator. Timpul II: Compresia. Supapa de admisie se inchide si II: Compresia. pistonul care intra in cilindru comprima continutul. Timpul III: Aprinderea . Pistonul a ajuns in capatul de III: sus al cilindrului. In acest moment, o scanteie electrica se produce in bujie si aprinde amestecul, facandu-l sa facanduimpinga pistonul in jos datorita cresterii bruste a volumului amestecului ce tocmai a explodat. Timpul IV: Evacuarea. Pistonul a ajuns in capatul de jos IV: Evacuarea. al cilindrului. Supapa de evacuare se deschide iar pistonul, in virtutea impulsului capatat, se intoarce si evacueaza gazele de ardere prin supapade evacuare.

7

Legea fizica ce sta la baza functionari motorului termicMotorul cu ardere interna Un amestec de aer si de vapori de benzina sau de alti combustibili lichizi explodeaza atunci cand vine in contact cu o flacara iar forta de expansiune a gazelor formate prin ardere poate deveni forta motoare (lucru mecanic). Pe acest principiu se bazeaza diverse tipuri de motoare cu explozie. Motoarele termice cu piston,transforma energia chimica a combustibilului in energie mecanica si in energie calorica disipativa,energia mecanica manifestandumanifestandu-se sub forma miscarii rectilinii si alternative a pistoanelor,care este modificata in miscare de rotatie a arborelui cotit cu ajutorul mecanismului bielabiela-manivela.8

Timpul motorIn Timpul III (3->4) Detenta (3(arderea) i destinderea (timpul motor):supapele sunt inchise,bujia produe scanteia si amestecul carburant arde=>caldura ,folosind primul principiu al termodinamici,caldura este transformata in lucru mecanic,provocand coborarea pistonului; Schimbul de enrgie, prin arderea unui combustibil ,din caldura in lucru mecanic sta la baza functionari motorului termic .

9

Masinile termice au la baza lor de functionare principiile I si II ale termodinamicii. IntrIntr-un sistem perfect izolat, suma energiilor de orice fel pe care le contine ramane constanta. constanta. Din caldura (Q data corpului o parte se va transforma in (L care se manifesta ca lucru mecanic exterior, o parte (U se absoarbe si produce o variatie a energiei interne. Expunerea matematica este urmatoarea: (Q = (U + (L Principiul I stabileste numai cantitativ cat lucru mecanic se poate obtine dintr-o cantitate de caldura. dintrPrincipiul al II-lea este si calitativ, deoarece se ocupa de calitatea IIenergiilor, adica de posibilitatea unei transformari a lor in lucru mecanic util si arata ca aceasta transformare nu este integral posibila pentru caldura. Acest principiu se enunta astfel: Daca doua S.T. aflate in stare de echilibru (incalzire) diferite, sunt puse in contact termic dupa un timp in care fiecare dintre ele isi modifica starea de echilibru initala (unul se incalzeste, celalalt se raceste) vor ajunge la o stare comuna de echilibru, diferita de cele doua stari initiale. Deci, toate masinile termice care functioneaza intre aceleasi limite de temperatura au acelasi randament maxim, adica acelasi coeficient economic ideal. Principiul al II-lea al termodinamicii ne arata ca pentru ca o masina termica IIsa poata functiona este absolut nevoie de doua surse de caldura(una calda si alta rece).10

In timp au existat si alte motoare termice de exemplu: Ma ina lui Watt La ma ina sa inventat n 1769, aburii treceau ntr-o camer separat pentru ntrcondensare. condensare. Deoarece cilindrul nu era ncalzit i r cit alternativ, pirderile de c ldur ale ma inii erau relativ sc zute. De asemenea, ma ina lui Watt era mai rapid , pentru c se puteau admite mai mul i aburi n cilindru odat ce pistonul se ntorcea n pozi ia ini ial . Aceasta i alte mbun t iri concepute de Watt au f cut ca ma ina cu aburi s poat fi folosit ntr-o gam larg de aplica ii. ntrn perioada victoriana, locomotive cu aburi puternice revolu ionaser deja c l toria pe uscat. Ma inile cu aburi au f cut posibile i tip rirea ziarelor, torsul i esutul textilelor i ac ionarea ma inilor de sp lat n "sp l toriile cu aburi". Ma inile cu aburi puneau n mi care caruselele, iar unii fermieri foloseau energia de abur pentru a ara p mntul. Antreprenorii de cur torii aveau aspiratoare cu aburi, i la cele mai bune frizerii din ora e existau chiar i perii pentru masarea capului ac ionate cu aburi. Motoarele Diesel moderne Motorul Diesel este un motor cu combustie intern , mai exact este un motor cu aprindere prin compresie, n care combustibilul se detoneaz doar prin temperatura ridicat creat de comprimarea amestecului aeraercarburant, i nu prin utilizarea unui dispozitiv auxiliar, a a cum ar fi bujia n cazul motorului pe benzin . Motorul opereaz utiliznd ciclul Diesel. Diesel. Motoarele Diesel sau pe benzin sunt n 2 timpi sau n 4 timpi. Majoritatea motoarelor sunt n 4 timpi, dar unele motoare mari fun ioneaz n 2 timpi, n principal cele de pe nave. Majoritatea locomotivelor moderne folosesc motoare Diesel n 2 timpi, cuplate la generatoare electrice ce ac ionez motoare electrice, eliminnd nevoia transmisiei. Pentru cresterea presiunii n cilindrii s-a folosit s11 supraalimentarea, supraalimentarea, mai ales la motoarele Diesel n doi timpi care au dou curse

n mod normal, cilindrii sunt multipli de doi, dar se pot folosi orice num r de cilindri, att timp ct sunt eliminate vibra iile excesive. Cea mai folosit configura ie este cea de 6 cilindrii n linie, dar sunt folosi i i 8 cilindrii n V sau 4 n linie. Motoarele de mic capacitate (n special cele sub 5000 cmc) au de obicei 4 (majoritatea lor) sau 6 cilindrii, fiind folosite la autoturisme. Exist i motoare cu 5 cilindrii, un compromis ntre func ionarea lin a unuia de 6 cilindrii i dimensiunile reduse ale unuia de 4 cilindrii. Motoarele Diesel pentru ntrebuin ri curente (b rci, generatoare, pompe) au 4, 3 si 2 cilindrii sau un singur cilindru pentru capacit i mici. n dorin a de a mbun t ii raportul greutate/putere s-au adus inova ii privind scilindree. dispunerea cilindrilor pentru a ob ine mai mult putere per cilindree. Cel mai Deltic, cunoscut este motorul Napier Deltic, cu trei cilindri dispu i sub form de triunghi, fiecare cilindru avnd 2 pistoane cu ac iune opus , ntregul motor avnd 3 arbori coti i. Compania de camioane Commer din Marea Britanie a folosit un Tillings-Stevens, motor asem n tor pentru vehiculele sale, proiectat de Tillings-Stevens, membru al Grupului Rootes, numit TS3. Motorul TS3 avea 3 cilindri n linie, Rootes, TS3. dispu i orizontal, fiecare cu 2 pistoane cu ac iune opus concectate la arborele culbutor. cotit printr-un mecanism de tip culbutor. De i ambele solu ii tehnice produceau printro putere mare pentru cilindreea lor, motoarele erau complexe, scumpe de produs i ntre inut, iar cnd tehnica supraalimentarii s-a mbun t it n anii 1960, s1960, aceasta a devenit o solutie viabil pentru cre terea puterii. 1949, nainte de 1949, Sulzer a construit, experimental, motoare n doi timpi supraalimentate la 6 atmosfere a c ror putere era ob inut cu ajutorul unor turbine ac ionate de gazele de evacuare.

12

Motoarele Diesel timpurii Inten ia lui Rudolph Diesel a fost aceea de a nlocui motorul cu aburi ca surs primar de energie pentru industrie. Motoarele Diesel de la sfr tul secolului XIX i nceputul secolului XX foloseau aceea i form i dispunere ca motoarele cu aburi industriale: cilindri cu curs mare, supape exterioare, chiulase pentru fiecare cilindru i arbore cotit f r carter, cuplat la un volant enorm. Curnd, vor ap rea motoare mai mici, cu cilindri verticali, n timp ce majoritatea motoarelor industriale de m rime mare i medie aveau tot cilindri orizontali, i ntocmai ca motoarele cu aburi, aveau mai mul i cilindri. Cele mai mari motoare Diesel timpurii erau replici ale celor cu aburi, cu lungimi impresionante, de c iva metri buni. Acestea func ionau cu viteze foarte mici, n special datorit motorinei injectate cu ajutorul aerului comprimat, dar i pentru c trebuiau s corespund majorit ii utilajelor industriale construite pentru motoarele cu aburi, unde vitezele normale de operare se ncadrau ntre 100 si 300 rota ii pe minut. Motoarele erau pornite cu ajutorul aerului comprimat, care era introdus in cilindri i rotea motorul, de i cele mai mici puteau fi pornite i manual. n primele decenii ale secolului XX, cnd marile motoare Diesel erau montate pe XX, nave, acestea aveau forma motoarelor cu aburi, pistonul mpingea o tij cuplat la o biel ce rotea arborele motor. Urmnd modelul motoarelor cu aburi, s-au construit smotoare cu dubl ac iune, unde arderea avea loc n ambele p r i ale pistonului pentru ie. a m rii puterea. Acestea aveau doua rnduri de supape si dou sisteme de injec ie. Sistemul permitea, de asemenea, modificarea sensului de rota ie, prin modificarea timpilor de injec ie. Prin urmare, motorul putea fi cuplat direct la axul elicei, f r a elicei, mai fi nevoie de o cutie de viteze. De i aveau o putere mare i erau foarte eficiente, marea problema motoarelor cu dubl ac iune era etan ietatea camerei inferioare de ardere i a segmen ilor. n anii 1930 s-a descoperit c montarea turbocompresoarelor era o solu ie mai u oar i eficient .

13

Randament

Arbore cotit i pistoane

Randamentul caracterizeaza eficienta cu care un motortermic transforma caldura in lucru mecanic intr-un proces ciclic .El e definit intrca raportul dintre ceea ce se obtine (lucru mecanic util cedat exteriorului)si ceea ce se consuma (caldura obtinuta,prin arderea unui combustibil). Matemati se pote scrie = L/Q

Cu ce ne ajuta? In viata cotidiana motorul termic e folosit frecvent in mijloacele de transprt(public sau privat)de exemplu: automobil ,vapor, tren ,autobuz,etc.

14

BibliografieGheorghe Fr il , Mariana Fr il , S. Samoil Automobile, Automobile, Editura Didactic i Pedagogic , Bucure ti, ti, 2007 Doina Trcitu,Mihaela Iancu,Viorica Pop,Stelian Ursu, Fizica manual clasa 7,editura radical 2005 http://ro.wikipedia.org/wiki/Pagina_principal%C4%83 http://portal.edu.ro/materiale_ael/DContent/fizica/C11/F IZ13/M6/index.html Din caiet Constantin Mantea,Mihaela Garabet,Editura ALL ,clasa X editura didactica si pedagogica

http://ro.wikipedia.org/wiki/Motor_diesel15