DIFERITE TIPURI DE MOTOARE

MOTOARE

1. - MOTOARE CU ABURI -

          Energia aburilor inca mai asigura o mare parte din energia folosita in prezent.Chiar si cele mai avansate reactoare nucleare

sunt doar simple surse de caldura care transforma apa in aburi 

pentru a actiona turbine legate la generatoare de electricitate.

---------------------------------------------------------------------------------  

Prima masina cu aburi a fost inventata in secolul I e. n. de catre in-

ginerul grec Heron din Alexandria. O sfera goala pe dinauntru era

pivotata pe doua tuburi prin care treceau aburii dintr-un mic fierba-

tor.Aburii umpleau sfera si ieseau prin tevi dispuse in parti opuse ale

acesteia. Jeturile de aburi care tasneau determinau sfera sa se ro-

teasca .Totusi ,in ciuda faptului ca era o inventie interesanta , masi-

na nu servea unui scop util.

Prima masina cu aburi cu utilitate practica a fost inventata in 1698

de un inginer englez pe nume Tomas Savery. Aburul dintr-o camera

era racit pana se condensa si forma o cantitate mica de apa. Redu-

cerea mare a volumului producea un vid partial,care era folosit pen-

tru a absorbi apa din minele de carbuni.

  

Forta pistonului

La masina inventatade inginerul englez Tomas Newcomen , in jurul

anului 1710 , aburii impingeau un piston in sus printr-un cilindru .

Apoi cilindrul era racit pentru a condensa aburii ,si pistonul era tras

in jos .Condensarea aburilor reducea presiunea din cilindru ,astfel

incat presiunea atmosferica era suficienta pentru a impinge pistonul in jos.Din acest motiv , Newcomen isi numea masina cu aburi ``at-

mosferica`.Ea era folosita pentru a pune in functiune pompe de mina.

Desi s-a dovedit mult mai eficienta decat sistemul lui Savery , masina

lui Newcomen era extrem de inceata si ineficace . Aceasta pentru ca

dupa racire cilindrul trebuia incalzit pentru a produce din nou aburi

necesari care sa impinga pistonul in sus.Altfel aburiii s-ar fi conden-

sat instantaneu.

 Masina lui Watt

Cel care a rezolvat aceasta problema a fost inginerul scotian James

Watt . La masina sa inventata in 1769 ,aburii treceau intr-o camera

separata pentru condensare .Deoarece cilindrul nu era incalzit si racit alternativ ,pierderile de caldura ale masinii erau relativ scazu-

te.De asemenea ,masina lui Watt era mai rapida ,pentru ca puteau

admite mai multi aburiin cilindru odata ce pistonul se intorcea in po-

zitia initiala.Aceasta si alte imbunatatiri concepute de Watt au fa-

cut ca masina cu aburi sa poata fi folosita intr-o gama larga de apli-

catii.

      In perioada victoriana ,locomotive cu aburi puternice revolutio-

nasera deja calatoria pe uscat.Masinile cu aburi au facut posibile si

tiparirea ziarelor ,torsul si tesutul textilelor si actionarea masinilor

de spalat in ``spalatoriile cu aburi`` .Masinile cu aburi puneau in

miscare caruselele ,iar unii fermieri foloseau energia de abur pentru

a ara pamantul.Antreprenorii de curatatorii aveau aspiratoare cu

aburi ,si la cele mai bune frizerii din orase existau chiar si perii pen-

tru masarea capului actionate de aburi.

Miscarea rotativa

    Miscarea primelor masini cu aburi produceau o miscare alterna-

tiva (de `` du-te-vino``)prin intermediul pistoanelor care se deplasau

in cilindrii.Aceasta miscare a putut apoi sa fie transformata in mis-

care rotativa prin mijloace mecanice.

    Turbinele cu aburi produc miscarea rotativa nemijlocit prin forta

aburilor.Mai multi inventatori au experimentat cu turbine cu aburi

in anii 1800 , insa abia in anul 1884 a aparut un model eficient si

manevrabi,inventat de inginerul englez Charles Parsons . La cativa

ani de la inventie turbinele Parsons erau folosite la propulsarea va-

selor si actionarea generatoarelor.

Transformarea energiei

        Masinile cu aburi si turbinele transforma caldura in energie .La

ambele caldura produsa de combustibil este folosita la fierberea  de

apa ,obtinandu-se un volum de aburi de 1600 de ori mai mare ,iar

aburii comprimati provoaca miscare . La motoarele cu piston aburii

se dilata intr-un cilindru ,impingand un piston.La turbinele cu aburi,

aburii care se dilata actioneza rotoare. In ambele cazuri , aburii pird

energie termica.

        Masinile cu aburi si turbinele sunt exemple de motoare cu arde-

re externa ,deoarece caldura se aplica in afara sectorului de lucru ,

de obicei prin combustie-arderea combustibililor . Aburii sunt creati

in fierbatoare prin arderea petrolului sau a carbunilor. In centralele

nucleare caldura este produsa prin reactii nucleare.

 2. - MOTOARE ELECTRICE -

             Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie ,ge -

neratoarele si motoarele electrice au o utilizare foarte larga - de la

motoare pentru burghie si pana la locomotive.                    

--------------------------------------------------------------------------------

Electricitatea exista de la crearea materiei ,intrucat materia este formata din atomi ,care contin particule incarcate electric ,numite

protoni si electroni .Vechii greci stiau ca frecand o bucata de chih-

limbar cu o bucata de panza ,aceasta va atrage obiecte usoare ,dar

nu aveau o explicatie a acestui fenomen.De fapt ,frecarea genereaza

electricitate.

Materialele neincarcate electric au un numar egal de electroni,in -

carcati negativ,si de protoni ,incarcati pozitiv , care se neutralizeaza

reciproc .Insa prin frecarea a doua materiale ,se produce un transfer

de electroni de la unul la altul , dezechilibrand incarcarea lor elec-

trica . Cel care primeste electroni se incarca negativ , iar cel care pierde electroni se incarca pozitiv .

Motorul cu megavolti

      Unul dintre generatoarele prin inductie des folosite este cel in -

ventat in anul 1931 de Van de Graaff . O curea confectionala dintr -

un material izolant transmite energia unei sfere metalice , care ajun-

ge in cele din urma la cateva milioane de volti.Generatorul electric de tip Van de Graaff  este utilizat pentru a testa materiale izolante

care trebuie sa reziste la tensiuni mari . De asemenea , acest tip de

generator este utilizat in cercetarea nucleara ,tensiunea inalta fiind

folosita pentru accelerarea vitezei particulelor de subatomi.

      Cu toate ca generatoarele prin frecare si inductie genereaza o

tensiune foarte inalta , ele nu pot genera curent continuu . Aceasta

nevoie a fost satisfacuta doar la sfarsitul anilor 1790 , cand omul de

stiinta italian Alessandro Volta a inventat prima baterie , inventie

care a condus la utilizarea electricitatii pentru iluminat la sfarsitul

secolului XIX .

      Chiar daca bateria este o sursa convenabila de electricitate uti -

lizata in multiple scopuri , ea se uzeaza si trebuie fie inlocuita , fie

schimbata .Asadar , bateria nu este o sursa potrivita pentru a genera

curent electric unei intregi comunitati.

     Experientele de la inceputul secolului al XIX-lea au dus la dezvol-

tarea generatoarelor moderne.

Motoare cu curent continuu

      Curentul continuu este un curent electric care circula intotdeau -

na in aceeasi directie dinspre o baterie sau orice alta sursa . Daca se conecteaza o baterie la la bobina unui motor electric simplu , aceas - ta se comporta ca un magnet, avand la un capat polul nord  si la ce -

lalalt polul sud . Intrucat polii opusi se atrag , polul nord al bobinei

este atras de polul sud al magnetului permanent , iar polul sud al bo-

binei este atras de polul nord al magnetului permanent . Aceste forte de atractie produc rotirea bobinei .

        Totusi , un schimbator automat numit comutator schimba direc -

tia de circulatie a curentului electric prin bobina .Cumutatorul unui

motor de curent continuu simplu este alcatuit dintr-un inel de cupru taiat in doua si instalat pe un material izolator , pe axa de rotatie .

Capetele bobinei sunt conectate la cele doua capete ale inelului .Cu-

rentul electric circula prin intermediul unei perechi de carbuni nu -

miti perii , conectati la partile opuse ale cumutatorului . Rotatia axu-

lui face ca fiecare din perii sa fie conectata pe rand la polii bobinei .

Motoare cu curent alternativ

       Curentul alternativ isi schimba de regula directia de 50 sau 60 de ori pe secunda . Unele motoare care functioneaza cu curent alter-

nativ au un rotor alimentat cu curent prin intermediul unui cumuta -

tor , la fel ca si in cazul motoarelor cu curent continuu . Insa la ma -

joritatea motoarelor cu curent alternativ , rotorul nu este conectat ,

motorul functionand in acest caz pe baza unui principiu numit induc-

tie  . Curentul alternativ care circula prin fluxurile statorului produc

un camp magnetic , ca si cel produs de rotirea unui magnet perma -

nent . Acest camp mobil produce un camp in fluxurile rotorului ,

magnetizandu-l . Astfel , el se roteste , din cauza respingerii polilor

sai de actre campul magnetic care il inconjoara .

      Rotorul poate fi prelucrat din bare de cupru sau de aluminiu , co-

nectate la capete la doua inele metalice . Ansamblul rotorului seama-

na cu o cusca , motiv pentru care acestui tip de motor i se mai spune

si motor-cusca de veverita.

Motoare sincrone

         La motoarele prin inductie , rotorul se misca mai incet decat

campul magnetic care il inconjoara . La motoarele sincrone , rotorul

se misca in acelasi timp cu campul magnetic care il inconjoara . Un

motor sincron simplu este constituit dintr-unul sau mai multi magneti

permanenti , polii acestora fiind atrasi de polii opusi ai campului magnetic inconjurator , astfel incat se rotesc cu aceeasi viteza . La

unele motoare , rotorul nu este un magnet permanent , ci un electro-

magnet , dar principiul de functionare este acelasi . Un alt tip de mo-

tor sincron  foloseste flucturatiile de curent alternativ pentru a pro-

duce un camp magnetic care determina rotirea unei roti zimtate.

Acesta este principiul de functionare a unor ceasuri electrice.

         Majoritatea motoarelor electrice genereaza miscare circulara.

Unele au insa spirele stativului liniare ,producand un camp magnetic

liniar , care va atrage materiale conductoare . Acest tip de motor se numeste motor prin inductie liniara  si este utilizat pentru a pune in

miscare usi glisante , benzi pentru bandaje la aeroporturi , precum si

la conducerea unor trenuri de mare viteza .

3. - MOTOARE CU BENZINA -

        Motorul cu benzina a revolutionat transportul la inceputul a -

nilor 1900 . Pe sosele , vehiculele cu aburi si gaze au cedat locul ce-

lor cu benzina . In aer , pana la aparitia motorului cu reactie doar

motoarele cu benzina asiguraau energia necesara zborului .

--------------------------------------------------------------------------------

Motoarele cu benzina , asemenea motoarelor DIESEL si celor de rachete , sunt motoare cu ardere interna . Combustibilul arde in in-

teriorul acestora pentru a asigura energia de miscare . La un altfel

de motor , vaporii de benzina sunt amestecati cu aer si aprinsi de o

scanteie . Amestecul de benzina si aer arde atat de repede incat ex-

plodeaza si gazele produse se dilata rapid . Aceasta dilatare impinge

un piston printr-un cilindru , iar miscarea pistonului roteste un ax

pentru producerea miscarii de rotatie . La motoarele mari actionea-

za mai multe pistoane si mai multi cilindri in succesiune rapida ,pen-

tru a produce o forta de torsiune mai uniforma . La motoarele cu

benzina rotative , care nu au cilindri , gazele actioneaza direct un

rotor .

Motoare in doi timpi

        Cel mai simplu motor cu benzina cu cilindri , folosit la unele masini mici si la multe motociclete , este motorul in doi timpi. Pentru

fiecare piston ciclul de operare  are doua faze . Intai pistonul urca in

cilindru pentru a comprima un amestec de combustibil si aer in spa -

tiul de deasupra sa . In acelasi timp , o noua incarcatura de amestec este aspirata pe sub piston . O scanteie produsa de o tensiune inalta ,

aprinde amestecul comprimat , si gazele care explodeaza imping pis-

tonul in josul cilindrului . Noul amestec impinge gazele arse in afara

printr-un canal de evacuare , si el insusi comprimat cand pistonul

urca din nou .

       Cand se afla sus , pistonul blocheaza canalul de evacuare , astfel

gazele dilatate nu pot iesi . Acest canal se deschide cand pistonul

ajunge jos . Pozitia pistonului controleaza , de asemenea , canalul de

admitere a amestecului de combustibil si aer si canal deversor.

        Miscarea de sus - jos a pistonului roteste un ax numit arbore

cotit cu manivela . De arborele cotit este asezat un volant greu , care

continua sa se roteasca dupa ce pistonul a ajuns in pozitia cea mai joasa . Astfel , volantul transforma exploziile de energie provocate de coborarea pistonului , intr-o miscare continua relativ uniforma ,

si impinge pistonul inapoi in sensul cilindrului in a doua parte a fie-

carui ciclu .

       Motoarele in doi timpi sunt relativ ieftine , dar sunt ineficiente in transformarea combustibilului in energie de miscare . Din acest

motiv , majoritatea motoarelor mai mari functioneaza pe ciclul mai

eficient in patru timpi .

Motoare in patru timpi

             La un motor in patru timpi exista patru faze in operarea fiecarui piston . La prima miscare in jos , numita cursa de admisiune,

amestecul de combustibil si aer este aspirat deasupra pistonului .

Apoi pistonul se misca in sus , comprimand amestecul , aceasta a doua faza fiind numita timp de compresiune  . Amestecul comprimat

explodeaza datorita unei scantei , impingand pistonul in jos in cea dea treia faza , numita cursa utila sau activa .  Apoi pistonul urca din

nou , de data aceasta expulzand gazele arse . Dupa aceasta a patra

faza , numita timp de evacuare , procesul se repeta .

        Desi motorul in patru timpi este mai eficient decat cel in doi

timpi , doar in jur de a treia parte din energia combustibilului este

transformata in energie utila de miscare . Restul se pierde . Proble -

ma principala se datoreaza miscarii oscilante (de `du-te-vino`) a

pistoanelor . Fiecare piston , osciland de mai multe mii de ori pe

minut ,consuma o parte din energia asigurata de combustibil .