Motoare Termice

1. 
   1.Motorul Carnot:
   
   
   
   

   De la Wikipedia, enciclopedia liberă

   În termodinamică, ciclul Carnot este un ciclu teoretic, propus în 1820 de inginerul francez Nicolas Léonard Sadi Carnot, ciclu destinat comparării randamentului termic al mașinilor termice. Este un ciclu reversibil efectuat de o „mașină Carnot” legată la două surse de căldură de temperaturi diferite („sursa caldă” și „sursa rece”). Folosește ca agent de lucru un gaz ideal prin transformările căruia se obține lucrul mecanic.

   Descrierea ciclului

   

   

   Fig. 1: Reprezentarea în diagrama p-V a ciclului Carnot motor.

   

   

   Fig. 2: Reprezentarea în diagrama T-s a ciclului Carnot motor.

   Ca orice ciclu termodinamic, și ciclul Carnot poate fi parcurs în sens orar, fiind în acest caz un ciclu motor, sau în sens antiorar (trigonometric), fiind în acest caz un ciclu generator. În cele ce urmează va fi descris ciclul Carnot motor.
   Este un ciclu în patru transformări:
   

   1. Destindere izotermă reversibilă a gazului la temperatura sursei calde, T (în fig. 1 T₁, iar in fig. 2 T_H). În această transformare (A-B în diagrama T-s) destinderea gazului este determinată de absorbția de căldură la temperatură constantă de la sursa caldă, iar gazul efectuează lucru mecanic asupra mediului. Cantitatea de căldură absorbită de la sursa caldă este notată în lucrările în limba română cu Q.
   2. Destindere adiabatică reversibilă (izoentropică) a gazului. În această transformare (B-C în diagrama T-s) gazul continuă să se destindă efectuând lucru mecanic asupra mediului. Deoarece transformarea e adiabatică (fără schimb de căldură), prin destindere gazul se răcește până la

   temperatura sursei reci, T₀ (în fig. 1 T₂, iar in fig. 2 T_C).

   
   
2. 
   


3. Comprimare izotermă reversibilă a gazului la temperatura sursei reci, T₀. În această transformare (C-D în diagrama T-s) mediul efectuează lucru mecanic asupra gazului, determinând evacuarea căldurii din gaz la temperatura sursei reci. Cantitatea de căldură evacuată la sursa rece este notată în lucrările în limba română cu Q₀.


4. Comprimare adiabatică reversibilă (izoentropică) a gazului. În această transformare (D-A în diagrama T-s) mediul continuă să efectueze lucru mecanic asupra gazului. Deoarece transformarea e adiabatică (fără schimb de căldură), prin comprimare gazul se încălzește până la temperatura sursei calde.



Ciclul Carnot – ciclul cu cel mai mare randament termic posibil



Fig. 3: Comparaţie în diagrama T-s a unui ciclu oarecare cu un ciclu Carnot.

3s3456s456
45121245





Componentele motorului Otto
  
Figura din stânga prezintă principalele părţi componente ale unui motor cu adere internă, în 4 timpi, cu aprindere prin scânteie electrică. În continuare le voi descrie pentru a se înţelege despre ce e vorba.
Cilindrul- Reprezintă componenta în care culisează pistonul. Motorul descris aici are un singur cilindru, dar majoritatea motoarelor au mai mulţi cilindrii (4, 6 sau 8). Motoarele, dacă au mai mulţi cilindrii, pot fi: în linie, în V sau opuşi orizontal (boxer), ca în figură:

În funcţie de configuraţie, diferă nivelul vibraţii şi zgomot, costul de fabricare şi caracteristicile ce le fac mai potrivite sau nu pentru anumite tipuri de autovehicule.
Pistonul- Este o piesă din mecanismul bielă-manivelă, confecţionat din aliaj de aluminiu, turnat, având formă cilindrică, care culisează în cilindru.
Segmenţii- Sunt inele elastice, montate pe piston în canale executate pe suprafaţa cilindrică exterioară a pistonului, care au următoarele roluri:
a)   de a proteja ceilalţi segmenţi în momentul exploziei (segment de foc)
b)   de etanşare a jocului dintre cilindru şi piston
c)   de ungere şi radere (raclare) a uleiului depus pe peretele interior a cilindrului.
Bujia- Piesă componentă a unui motor cu aprindere prin scânteie care serveşte la aprinderea amestecului carburant în cilindru prin producerea unei scântei electrice între doi electrozi la un moment bine stabilit.
Supape- Au rolul de a deschide şi închide orificiile prin care se realizează admisia combustibilului în cilindru şi evacuare gazelor arse. Supele execută o mişcare de translaţie, fiind comandate de camele de pe axul cu came (ca în animaţia alăturată, unde axul cu came are culoarea verde)
Camera de ardere- Reprezintă locul unde are loc compresia şi arderea amestecului de aer cu combustibil. Camera de ardere îşi schimbă volumul odată cu mişcarea pistonului. Capacitatea camerei de ardere oferă de obicei o idee asupra puterii motorului.
Biela- Este de forma unei tije sau a unei bare. Face legătura dintre piston şi arborele cotit. Ea este legată articulat la ambele capete de piston şi respectiv braţul arborelui cotit, astfel încât, împreună cu arborele cotit, transformă mişcarea alternativă de translaţie a pistonului în mişcarea de rotaţie a arborelui cotit.
Arborele cotit- El este cel care, împreună cu biela, transformă mişcarea de translaţie care vine de la piston, într-o mişcare circulară.
Timpii de funcţionare
   Timpii de funcţionare ai unui motor cu ardere internă şi aprindere prin scânteie sunt:
1-   Absorbţia
2-   Compresia
3-   Aprinderea
4-   Evacuarea
                                                                 
     Timpul 1- Absorbţia
În timpul 1 se deschide supapa de admisie, iar în timp ce pistonul se deplasează înspre punctul mort inferior, în cilindru este absorbit amestecul de vapori de benzină şi aer (realizat în carburator) datorită depresiunii formate.
     Timpul 2- Compresia
După ce pistonul a ajuns în punctul mort inferior, supapa de admisie se închide. Supapa de evacuare este şi ea închisă. În deplasarea pistonului înspre punctul mort superior, acesta comprimă amestecul din cilindru până la o rată de 9:1.
     Timpul 3-Aprinderea
La sfârşitul compresiei, când pistonul a ajuns la punctul mort superior şi ambele supape sunt închise, se produce o scânteie electrică între electrozii bujiei. Scânteia aprinde amestecul carburant care începe să ardă progresiv. Temperatura rezultată este de circa 2000°C şi presiunea de aproximativ 25 atm. Gazele produc o forţă mare de apăsare asupra pistonului împingâdu-l spre punctul mort inferior. Pe măsură ce pistonul coboară, gazele se destind - are loc detenta. Acum este singurul moment când se produce lucru mecanic.  
     Timpul 4- Evacuarea
Supapa de admisie este închisă, iar cea de evacuare este deschisă, permiţând gazelor arse din cilindru să fie împinse afară din cilindru de pistonul care se deplasează de la punctul mort inferior spre punctul mort superior.
Ciclul de funcţionare al motorului Otto
Graficul alăturat, prezintă schema de funcţionare a motorului Otto, în coordonatele presiune (P) şi volum (V).
   Timpul 1- Aspiraţia
A›1 aspiraţie izobară (P₁=constant= presiunea atmosferică)
   Timpul 2- Compresia
1›2 compresie adiabatică a amestecului
   Timpul 3- Aprinderea
2›3 aprindere izocoră (V₂=constant)
3›4 detentă adiabatică
4›1 destinderea izocoră (se destinde gazul prin deschiderea       supapei de evacuare, pistonul fiind la punctul mort inferior, V₁=constant)
   Timpul 4- Evacuarea
1›A evacuare izobară (gazul este eliminat prin supapa de evacuare cu ajutorul pistonului la P₁=constant= presiunea atmosferică)
Diferenţele dintre motoarele Diesel şi Otto
·       Motorul Otto aspiră un amestec de benzină şi aer, îl comprimă şi îl aprinde cu o scânteie electrică.
Motorul Diesel aspiră aer, îl comprimă şi apoi este injectată motorina care se aprinde.
·       Motorul Otto foloseşte o rată de compresie ce variază între 8:1 şi 12:1.
Motorul Diesel foloseşte o rată de compresie mult mai mare şi anume 14:1 până la 25:1.
·       Motorul Otto foloseşte un carburator unde este amestecată benzina cu aerul, sau o pompă de injecţie (carburantul nu este injectat direct în cilindru).
Motorul Diesel foloseşte injecţie directă, în care combustibilul este injectat direct în cilindru.