Motoare termice

Un motor termic este o mașină termică motoare, care transformă căldura în lucru mecanic.

Un motor termic lucrează pe baza unui ciclu termodinamic realizat cu ajutorul unui fluid.

Întrucât, conform principiului al doilea al termodinamicii, entropia unui sistem nu poate decât să crească, doar o parte a căldurii preluate de la sursa de căldură (numită și sursa caldă) este transformată în lucru mecanic. Restul de căldură este transferat unui sistem cu temperatură mai mică, numit sursă rece.

Tipuri de motoare termice


Motor cu ardere externă

  • Motor cu abur

Motorul cu abur este un motor termic cu ardere externă, care transformă energia termică a aburului în lucru mecanic. Aburul sub presiune este produs într-un generator de abur prin fierbere și se destinde într-un agregat cu cilindri, în care expansiunea aburului produce lucru mecanic prin deplasarea liniară a unui piston, mișcare care de cele mai multe ori este transformată în mișcare de rotație cu ajutorul unui mecanism bielă-manivelă. Căldura necesară producerii aburului se obține din arderea unui combustibil sau prin fisiune nucleară.

Motoarele cu abur au dominat industria și mijloacele de transport din timpul Revoluției industriale până în prima parte a secolului al XX-lea, fiind utilizate la acționarea locomotivelor, vapoarelor, pompelor, generatoarelor electrice, mașinilor din fabrici, utilajelor pentru construcții (excavatoare) și a altor utilaje. A fost înlocuit în majoritatea acestor aplicații de motorul cu ardere internă și de cel electric.

  • Turbină cu abur

Turbina cu abur este o mașină termică rotativă motoare, care transformă entalpia aburului în energie mecanică disponibilă la cupla turbinei. Transformarea se face cu ajutorul unor palete montate pe un rotor cu care se rotesc solidar.

În prezent, turbinele cu abur înlocuiesc complet motoarele cu abur datorită randamentului termic superior și unui raport putere/greutate mai bun. De asemenea, mișcarea de rotație a turbinelor se obține fără un mecanism cu părți în translație, de genul mecanismului bielă-manivelă, fiind optimă pentru acționarea generatoarelor electrice — cca. 86 % din puterea electrică produsă în lume este generată cu ajutorul turbinelor cu abur.

  • Motor Stirling

În familia mașinilor termice, motorul Stirling definește o mașină termică cu aer cald cu ciclu închis regenerativ, cu toate că incorect, termenul deseori este utilizat pentru a se face referire la o gamă mai largă de mașini. În acest context, „ciclu închis” înseamnă că fluidul de lucru este într-un spațiu închis numit sistem termodinamic, pe când la mașinile cu „ciclu deschis” cum este motorul cu ardere internă și anumite motoare cu abur, se produce un permanent schimb de fluid de lucru cu sistemul termodinamic înconjurător ca parte a ciclului termodinamic; „regenerativ” se referă la utilizarea unui schimbător de căldură intern care mărește semnificativ randamentul potențial al motorului Stirling. Există mai multe variante constructive ale motorului Stirling din care majoritatea aparțin categoriei mașinilor cu piston alternativ. În mod obișnuit, motorul Stirling este încadrat în categoria motoarelor cu ardere externă cu toate că sursa de energie termică poate fi nu numai arderea unui combustibil ci și energia solară sau energia nucleară. Un motor Stirling funcționează prin utilizarea unei surse de căldură externe și a unui radiator de căldură, fiecare din acestea fiind menținut în limite de temperatură prestabilite și o diferență de temperatură suficient de mare între ele.


 

Motor cu ardere internă

Motorul cu ardere internă este motorul care transformă energia chimică a combustibilului prin intermediul energiei termice de ardere, în interiorul motorului, în energie mecanică. Căldura degajată în camera de ardere se transformă prin intermediul presiunii (energiei potențiale) aplicate pistonului în mișcare mecanică ciclică, de obicei rectilinie, după care în mișcare de rotație uniformă, obținută de obicei la arborele cotit. Camera de ardere este un reactor chimic unde are loc reacția chimică de ardere.

Căldura introdusă în ciclul care se efectuează în cilindrii motorului se obține prin arderea combustibilului, de obicei un combustibil lichid ca: benzina, motorina sau gazul petrolier lichefiat, dar se pot folosi și combustibili gazoși, ca gazul natural, sau chiar solizi, ca praful de cărbune. Oxigenul necesar arderii se obține din aerul atmosferic. Combustibilul în amestec cu aerul se numește amestec carburant. Arderea poate fi inițiată prin punerea în contact direct a amestecului carburant cu o sursă de căldură sau se poate produce aproape instantaneu în toată masa amestecului caz în care se numește detonație și are un caracter exploziv.

Prin arderea carburanților rezultă diferite produse de ardere cu o temperatură de aproximativ 2000 °C. Majoritatea acestor produse se prezintă sub formă gazoasă. Pentru o ardere completă se asigură combustibilului o cantitate de oxigen dozată astfel încât să producă oxidarea integrală a elementelor sale componente.

  • Motor cu ardere internă cu piston

  • Motor Wankel

Motorul Wankel este un tip de motor cu ardere internă inventat de inginerul german Felix Wankel, la care mișcarea de rotație se obține nu printr-un mecanism bielă-manivelă, ci cu ajutorul unui piston rotativ de formă triunghiulară.

În comparație cu motorul cu ardere internă cu piston, avantajele motorului Wankel sunt compactitatea și vibrațiile mai reduse. Dezavantajele acestui motor sunt randamentul mai mic, ceea ce duce la un consum de combustibil mai mare pentru aceeași putere furnizată, emisia sporită de poluați, ceea ce duce la necesitatea instalațiilor de denoxare mai complexe și uzinarea și întreținerea pretențioase, deci mai scumpe.

  • Turbină cu gaze

O turbină cu gaze este o turbină termică, care utilizează căderea de entalpie a unui gaz sau a unui amestec de gaze pentru a produce prin intermediul unor palete care se rotesc în jurul unui ax o cantitate de energie mecanică disponibilă la cupla turbinei. Turbina cu gaze mai este cunoscută și sub denumirea de instalație de turbină cu gaze (ITG).

Din punct de vedere termodinamic o turbină cu gaze funcționează destul de asemănător cu motorul unui automobil. Aerul din atmosferă este admis într-un compresor cu palete, unde este comprimat, urmează introducerea unui combustibil, aprinderea și arderea lui într-o cameră de ardere. Gazele de ardere se destind într-o turbină, care extrage din ele lucrul mecanic, iar apoi sunt evacuate în atmosferă. Procesul este continuu, iar piesele execută doar mișcări de rotație, ceea ce pentru o putere dată conduce la o masă totală a instalației mai mică. Ca urmare, turbinele cu gaze s-au dezvoltat în special ca motoare de aviație, însă își găsesc aplicații în multe alte domenii, unul dintre cele mai moderne fiind termocentralele cu cicluri combinate abur-gaz.

  • Motor rachetă

  • Statoreactor
  • Pulsoreactor

Anunțuri