5Motors tèrmics

De ben antic, els humans han buscat la manera de substituir la for-ça muscular per màquines que han anat dissenyant i perfeccionantal llarg del temps. Avui, els motors tèrmics són la base dels mitjansde transport.

131 Classificació dels motors133 El motor tèrmic135 Motors de combustió externa137 Motors de combustió interna

130 131

5

Digues noms de combustibles i relaciona’ls ambel nom del motor que els utilitza.

Quin tipus d’energia transforma un motor tèrmic?

Anomena una de les parts d’un motor d’explosió.3

2

1

Segur que ja saps...

Tipus de motorsEls motors es poden classificar segons la font d’energia que uti-litzen per transformar-la en energia mecànica.

Segons el tipus d’energia que transformen, poden ser:

• Musculars. Transformen l’energia que produeixen les personesi els animals en utilitzar els seus músculs per moure lesmàquines; és el cas de les bicicletes, les batedores manuals itota mena d’aparells moguts per l’acció de les persones mit-jançant manetes, manovelles, pedals, etc. i també és el cas delscarros, les arades o les sínies estirats per animals.

• Hidràulics. Utilitzen l’energia de fluids; és el cas de l’aigua enles antigues rodes hidràuliques i en les actuals turbines i dels olisen determinats motors de circuits hidràulics.

• Eòlics. Transformen l’energia de l’aire en energia mecànica; ésel cas dels molins de vent i dels aerogeneradors. Les veles deles embarcacions també es poden considerar motors eòlicsquan el vent les empeny.

• Tèrmics. Utilitzen l’energia calorífica que es produeix en cremarun combustible i la transformen en energia mecànica; és el casde les locomotores de vapor i dels motors dels cotxes.

• Elèctrics. L’energia mecànica s’obté a partir de l’energia elèctri-ca procedent de piles o de la xarxa elèctrica.

• Pneumàtics. Transformen l’energia de l’aire comprimit en ener-gia mecànica.

Quin tipus de moviment té la màquina de vapor?

Indica el nom que reben els motors segons el tipus d’energia que transformen.

Saps quines són les parts principals d’un motord’explosió? Digues el nom de cadascuna.

6

5

4

T’agradaria saber...

Classificació dels motorsEls motors tèrmics

poden ser

de combustió externa

com la

de combustió interna

com

màquina de vapor

elements bàsics

cilindre

èmbol o pistó

distribuïdor

biela

volant d’inèrcia

regulador de boles

la turbina de vapor

que és formada per que pot ser

d’acció de reacció

el motor d’explosió

la turbina de gas

el turboreactor

sistemad’encesa

cicle de fun-cionament

que es classifica segons el que és format per

parts principals

culata

bloc

càrter

sistemes auxiliars

pistó-biela

de distribució

d’alimentació

d’encesa

de refrigeració

de greixatge

per guspira o d’Otto

de compres-sió o dièsel

de dostemps

de quatretemps

Pots identificar els sis tipusdiferents de motors?

2 5

4

3 6

1

132 133

Els motors hidràulicsEls motors hidràulics funcionen amb l’energia de l’aigua. L’aigua, situ-ada en un nivell superior, en un embassament, per exemple, té ca-pacitat per produir un treball, tot i que mentre està embassada noel realitza; diem, aleshores, que té energia potencial. Quan aques-ta aigua és conduïda per la canonada, es mou, pren velocitat, ialeshores diem que té energia cinètica (o de moviment). Aquestaenergia cinètica, quan arriba al motor (la turbina hidràulica), es trans-forma en energia mecànica i fa girar el seu eix, que, al seu torn, potfer girar un generador per produir energia elèctrica.

La turbina hidràulicaLa turbina hidràulica és formada bàsicament per unes pales,anomenades àleps, que tenen una forma corba molt adequada peraprofitar al màxim l’energia de l’aigua. L’aigua, degudament cana-litzada per uns injectors de pressió (en algun cas, un de sol), ésprojectada contra els àleps del rodet i fa girar l’eix de la turbina agran velocitat.

Les turbines es classifiquen, fonamentalment, segons la seva for-ma, la forma dels àleps, la manera de com incideix el raig d’aiguao la disposició de l’eix de gir (horitzontal o vertical). Actualment,hi ha tres tipus bàsics de turbines: la Pelton, la Francis i la Kaplan.

5La història del motor

El motor al llarg de la història Avui dia, els motors són la base de molts aparells que es fan serviren la vida quotidiana dels països desenvolupats. Els sistemes detransport, les màquines, els aparells electrodomèstics, les atrac-cions dels parcs lúdics, etc. funcionen amb motors. Sabem, però,que no sempre ha estat així.

Els primers motors aprofitaven la força muscular —primer la hu-mana i després l’animal— i, posteriorment, la força del vent i del’aigua. Els animals servien per transportar objectes, llaurar itreure aigua dels pous a les sínies. El vent s’utilitzava per moldreel gra i navegar, i l’aigua, gràcies a la roda hidràulica, feia funcionarmolins i fargues.

Amb la revolució industrial van aparèixer les primeres gransmàquines, com les filadores i els telers, que si bé inicialment fun-cionaven amb la força dels braços, de seguida es van fer anar ambgrans rodes hidràuliques. Posteriorment, aquestes van evolucionari es van transformar en turbines. Més tard es van utilitzarmàquines de vapor, i al final del segle XIX van aparèixer, entre d’al-tres, els motors de combustió interna i els motors elèctrics.

134 135

5Els motors tèrmics

El motor tèrmicUna de les aplicacions més habituals de la transformació de l’e-nergia és el motor tèrmic, que converteix l’energia tèrmica provi-nent dels combustibles fòssils en energia mecànica.

El treball produït pot utilitzar-se per moure altres màquines, gene-rar electricitat, bombar aigua o propulsar vehicles.

Els moviments que es poden obtenir amb aquests motors són dediversos tipus: rectilini, alternatiu o rotatiu.

Classificació dels motors tèrmics Segons el lloc on es produeix la combustió, els motors tèrmics po-den ser de combustió externa o de combustió interna.

Motors tèrmics de combustió externa

S’anomenen així quan la combustió té lloc fora del motor.

Les aplicacions principals d’aquests motors són:

• La màquina de vapor, utilitzada encara en algunes locomotoresde vapor.

• La turbina de vapor, utilitzada a les centrals elèctriques i en al-guns vaixells.

Motors tèrmics de combustió interna

S’anomenen així quan la combustió té lloc dins el motor.

Les aplicacions principals d’aquests motors són:

• El motor d’explosió d’encesa per guspira o dièsel, que s’uti-litza en vehicles automòbils com motos, cotxes i camions, trac-tors o maquinària d’obres públiques.

• La turbina de gas, que es fa servir a les centrals elèctriques.

• Els motors de reacció i altres motors semblants, que mouenels avions de reacció.

Màquina de vapor Motor d’un cotxe de competició

La termodinàmicaEls motors tèrmics es basen en les lleis de la branca de la físicaanomenada termodinàmica.

La termodinàmica estudia l’energia tèrmica i la seva transforma-ció en altres formes d’energia o viceversa. És fonamental en el con-text tecnològic, perquè tots els processos energètics utilitzenenergia tèrmica en algun moment. La termodinàmica es basa endiferents lleis i principis que són vàlids sempre que hi ha una trans-formació d’energia.

La llei de conservació de l’energia afirma que l’energia no es potcrear ni destruir, només es pot transformar. Això implica que nopodem extreure energia d’allà on no n’hi ha, però que, un cop ob-tinguda i amb la tecnologia adient, és possible transformar-la enun altre tipus d’energia.

Aquest principi de conservació de l’energia permet la transforma-ció de la calor en treball i a l’inrevés. La termodinàmica estudia larelació entre la calor aportada i el treball produït.

Els motors tèrmics produeixen treball a partir de la calor; al mateixtemps, les màquines, pel fet de moure’s, produeixen calor pel fre-gament entre els seus components mecànics, pel contacte ambl’aire, per l’augment de l’energia interna de les mol·lècules, etc.

Què diferencia un motor decombustió interna d’un decombustió externa?

Per què crema, el motor d’aquestamoto, quan funciona?

136 137

5Motors de combustió externa

Motors de combustió externaEls motors de combustió externa funcionen amb el vapor que esprodueix quan es crema el combustible del fogar d’una caldera perescalfar aigua.

La fusta i el carbó van ser els primers combustibles utilitzats enles màquines de vapor. Posteriorment, es van substituir per deri-vats del petroli, com el fuel. Actualment, les turbines de vapor fanservir, a més del fuel, altres combustibles, com el gas natural ol’energia nuclear en el cas de les centrals nuclears.

El vapor que es produeix a la caldera, com que ocupa un volum moltsuperior al de l’aigua, s’expandeix i es veu forçat a sortir-ne a granpressió per uns conductes que el porten fins al motor pròpiamentdit, és a dir, el cilindre de la màquina de vapor o la turbina.

Un cop el vapor ha passat pels elements motrius del motor, s’hade condensar (s’ha de convertir en aigua) per tal d’aconseguir quedisminueixi de volum i permeti, novament, l’entrada de vapor al mo-tor. L’aigua provinent de la condensació d’aquest vapor és retor-nada a la caldera per començar de nou el cicle.

La condensació del vapor es produeix al condensador, que és re-fredat per la circulació contínua d’aigua freda.

Un motor emblemàtic: la màquina de vaporLa màquina de vapor té un moviment rectilini alternatiu. Va ser elprimer motor veritablement revolucionari, ja que, sense dependrede l’aigua, va permetre instal·lar fàbriques a qualsevol lloc on po-gués arribar el carbó mineral que s’utilitzava com a combustible.Així, les fàbriques es van instal·lar en ciutats ben comunicades pervia terrestre, marítima o fluvial, la qual cosa va afavorir les gransconcentracions fabrils.

Les primeres màquines de vapor (de Savery i de Newcomen) te-nien un moviment rectilini alternatiu i servien per bombar aigua demines i canals.

L’enginyer anglès James Watt, cap a l’any 1769, va perfeccionarla màquina de vapor: va modificar el sistema de condensaciódel vapor i va transformar el moviment rectilini alternatiu enmoviment de rotació mitjançant el mecanisme de biela-ma-novella. També en va millorar el rendiment gràcies a l’a-coblament del distribuïdor i el regulador de boles, entrealtres innovacions.

En els seus orígens, la màquina de vapor es va des-tinar a fer moure les màquines de les fàbriques i,més endavant, als transports, com els trens i elsvaixells.

La màquina de vapor és indubtablement un motor històric, però elseu mecanisme bàsic, el conjunt cilindre-pistó i biela-manovella, en-cara no ha estat superat i constitueix la base del funcionament delsmotors de la majoria de vehicles actuals: els motors d’explosió.

Elements d’una màquina de vapor

Quines parts d’un motor decombustió externa estanrepresentades en aquestesfotografies?

Politja

Corretja

Volant

Cilindre Èmbol o pistó

Regulador de boles

Biela

Manovella

Tija

Elements bàsics de la màquina de vapor A més de la caldera, la màquina de vapor és constituïda pels elementssegüents, que són els que converteixen l’energia tèrmica del vaporen energia mecànica.

• Cilindre i èmbol. El cilindre és la part de la màquina on s’ex-pandeix el vapor que arriba a pressió procedent de la caldera. Con-sisteix en un cos metàl·lic de forma cilíndrica que conté un discanomenat èmbol o pistó que s’ajusta a la paret interna del cilindrei es pot desplaçar longitudinalment en un moviment rectilini alternatiu.Aquest èmbol subjecta per una de les seves cares una barra cilín-drica, anomenada tija, que surt per una de les bases del cilindre através d’un orifici molt ajustat. Quan el vapor entra al cilindre per undels seus extrems, on hi ha un mecanisme anomenat distribuïdor,empeny el pistó, i la tija es desplaça cap a l’altre extrem, retorna ala posició inicial i recomença el cicle. D’aquesta manera es generaun moviment rectilini alternatiu. El distribuïdor permet l’entrada delvapor alternativament pels dos costats del cilindre.

• La biela és una barra unida per un dels seus extrems a la tija demanera que pugui girar sobre aquest extrem formant una articulació.L’altre extrem de la biela fa girar una roda, anomenada volant, mit-jançant una manovella.

• El volant d’inèrcia és una roda grossa i pesant que quan gira pre-senta una forta inèrcia. Actua com un volant que contribueix al re-torn de la tija, per acció de la biela. Aquest volant fa de politja, que,mitjançant una corretja, transmet el moviment circular del volant auna altra roda, anomenada politja, situada en un eix llarg, l’embar-rat, que conté altres politges. Aquestes, amb les corretges corres-ponents, fan funcionar les màquines de les fàbriques. En el cas deles màquines de vapor de les locomotores, els volants eren lesmateixes rodes.

• El regulador de boles (o de Watt) és unmecanisme articulat que gira quan lamàquina funciona i permet controlar-ne la velocitat perquè sigui constant. Estracta d’un aparell amb dues bolesque giren i que es desplacen vertical-ment gràcies a la força centrífuga;aquest desplaçament actua sobre la

vàlvula que regula el pas del vapori fa que la velocitat de la màquinasigui constant. Aquest enginyósmecanisme va ser un delsprimers sistemes de control au-tomàtic.

138 139

La turbina de vaporLa turbina de vapor transforma l’energia potencial tèrmica enenergia de moviment (cinètica). L’energia potencial tèrmica dispo-nible és la diferència que hi ha entre l’estat del vapor a l’entradade la turbina i el seu estat a la sortida. Aquesta diferència es co-neix amb el nom de salt tèrmic.

En els motors de combustió externa, el vapor produït en una cal-dera arriba a una turbina i passa a una corona d’àleps fixada a l’es-tator, anomenada distribuïdor.

Quan el vapor surt del distribuïdor, incideix sobre uns àleps corbsespecials del rotor (part rotativa de la turbina) i genera un treballsobre l’eix, que comença a girar. Els àleps del rotor són més pe-tits i més nombrosos que els de les turbines hidràuliques. De fet,la mida d’aquests àleps és variable: són més grans a la part pos-terior que a l’anterior per tal d’aprofitar millor el vapor a mesuraque va perdent pressió.

Les turbines de vapor poden ser:

– D’acció: quan l’expansió del vapor es realitza completament al’estator, on perd pressió i augmenta la velocitat abans de pas-sar al rotor. Al rotor, la pressió es manté i la velocitat es redueixen incidir sobre els àleps.

– De reacció: quan l’expansió del vapor s’inicia a l’estator (on esmanté la pressió i la velocitat) i es completa al rotor, que enaquest cas té la funció de dirigir i orientar el flux de vapor.

Actualment, a les centrals tèrmiques es fan servir turbines d’ac-ció i de reacció que treballen amb pressions diferents per tal demillorar el rendiment.

5Motors de combustió externa

Com s’anomena la part mòbild’una turbina de vapor?

Turbina de vapor

RotorFuncionament del regulador de boles (a: més velocitat; b: menys velocitat)

a

b

140 141

Motors de combustió internaEls motors de combustió interna reben aquest nom perquè la com-bustió es produeix dins del motor, a l’anomenada cambra de com-bustió.

En molts d’aquests motors, la combustió és produïda per un se-guit d’explosions controlades i per això es parla de motors d’ex-plosió. El 1876 Nikolaus Otto en va dissenyar un que va ser la basedel motor d’explosió de gasolina aplicat més tard als automòbils.

Segons la manera com es provoca l’explosió, es distingeixendos tipus de motors: els d’encesa per guspira o Otto, que con-sumeixen gasolina o gasos liquats a pressió, i els d’explosió percompressió dels gasos o dièsel, que utilitzen olis pesants (gasoil).

Segons el cicle de funcionament (entrada de la mescla dins la cam-bra de combustió, combustió i evacuació dels gasos cremats), po-den ser de dos temps (com els motors d’algunes motos) o dequatre temps (com els motors dels automòbils).

També es poden classificar segons el nombre de cilindres: d’una quatre, en les motos, de quatre a vuit, en els cotxes, i més devuit, en alguns avions. Segons la col·locació, poden ser en línia,en V o horitzontals oposats, en els cotxes i les motos, i en formad’estrella, en els avions.

Parts del motor d’explosióL’estructura del motor consta, bàsicament, de tres parts fonamen-tals: la culata, el bloc i el càrter. Les tres parts estan connecta-des entre si amb cargols i perfectament segellades mitjançant lesanomenades juntes d’estanquitat, la més important de les qualsés la junta de culata.

La culataÉs una peça de ferro fos o d’aliatges lleugers d’alumini que fa de ta-pa dels cilindres. A la part superior hi ha, d’una banda, les vàlvulesque permeten regular l’entrada de l’aire, i en alguns casos de la mes-cla, i la sortida dels gasos cremats (dues per cada cilindre, la d’ad-missió i la d’escapament) i, de l’altra, els mecanismes que en fanpossible el funcionament: l’arbre de lleves i els balancins. Aques-ta part és coberta amb una peça feta de planxa d’acer que té un fo-rat amb una tapa per abocar-hi l’oli, anomenada tapa de la culata ode balancins. A la part inferior de la culata hi ha unes petites con-cavitats que formen la cambra de combustió, on cremen el com-bustible i l’aire. Finalment, a la part lateral s’hi acoblen els tubsmetàl·lics, anomenats col·lectors d’admissió i escapament, que per-meten l’entrada de l’aire o de la mescla i la sortida dels gasos.

El blocÉs la peça més voluminosa del motor. És feta de ferro colat aliatamb petites proporcions de metalls, cosa que li permet oferir unagran resistència a la deformació per l’efecte de temperatureselevades, al desgast i a la corrosió. També es fabrica amb aliatgeslleugers, per exemple alumini, ja que són menys pesants i dissi-pen millor la calor.

Al bloc hi ha els cilindres i els punts de suport del cigonyal (coi-xinets), al qual s’uneixen les bieles i els pistons. En alguns mo-tors més antics s’hi allotja l’arbre de lleves, que acciona lesvàlvules de la culata mitjançant unes barnilles. Els motors actualstenen l’arbre de lleves en cap o en culata.

Tant a la culata com al bloc hi ha una sèrie de conductes que coin-cideixen quan les dues parts s’acoblen: les cambres d’aigua, per oncircula l’aigua de refrigeració del motor, i els conductes de l’oli delubrificació.

El càrterÉs una caixa metàl·lica, en general d’aliatges lleugers, que va fixada,mitjançant cargols, a la part inferior del bloc. Serveix, d’una banda, perprotegir el cigonyal i altres peces muntades al seu voltant i, de l’altra,com a dipòsit d’oli per a la lubrificació i la refrigeració del motor.

5Motors de combustió interna

Pistons horitzontals oposats, en V i en línia

Culata

Bloc

Càrter

Com estan col·locats aquestspistons?

142 143

Mecanismes del motor d’explosióTotes les peces que configuren el motor estan interrelacionadesmitjançant uns mecanismes basats, entre d’altres, en la palanca,la manovella, la roda, la lleva (peça giratòria que pot transformarun moviment rotatiu continu en un moviment rectilini alternatiu deforma periòdica), les articulacions i les transmissions.

Per al funcionament intern del motor són bàsics els mecanismesde pistó-biela i de distribució.

Mecanisme pistó-biela

És format pel pistó, que es desplaça amb un moviment alterna-tiu dins del cilindre, i la biela, que uneix el pistó al cigonyal.Aquest converteix el moviment alternatiu de pujada i baixada delpistó en moviment rotatiu.

El pistó és una peça cilíndrica fabricada amb un aliatge d’alumi-ni. A la part superior té tres ranures on s’acoblen els segments quetanquen quasi hermèticament l’espai entre el pistó i la paret delcilindre. Els segments (dos normalment) situats a la part superiorimpedeixen el pas dels gasos al càrter. L’altre segment, situat a lapart inferior, elimina l’excés d’oli de les parets del cilindre.

Les bieles acostumen a ser d’un aliatge d’acer. El seu extrem su-perior, anomenat peu de biela, s’uneix al pistó mitjançant el bo-ló de biela. Aquest eix permet al pistó pivotar lateralment durantel moviment alternatiu que la biela fa unida al pistó.

L’extrem inferior de la biela, anomenat cap de biela, abraça el ci-gonyal i descriu amb aquest una trajectòria circular, mentre que elpeu de biela segueix el moviment de pujada i baixada del pistó.

El pistó es mou dins del cilindre gràcies a l’expansió dels gasosproduïda per la combustió d’una mescla de combustible líquid pol-voritzat amb aire.

Sistema de distribucióÉs el conjunt de mecanismes moguts pel motor que permeten re-gular l’entrada i la sortida dels gasos a la cambra de combustió. Elsseus elements fonamentals són les vàlvules i l’eix o arbre de lle-ves.

El moviment del cigonyal es transmet mitjançant una corretja o unacadena a l’arbre de lleves, que possibilita l’obertura i el tancamentde les vàlvules mitjançant els balancins i els taquets (cadascu-na de les peces que es col·loca entre un balancí i una vàlvula pertal de protegir-la contra el desgast de la lleva).

Sistemes del motor d’explosióA més dels mecanismes esmentats, el motor necessita un sistemad’alimentació, un circuit elèctric i un circuit de refrigeració i greixatge.

Sistema d’alimentació del motor

Comprèn un dipòsit que permet l’emmagatzematge del combus-tible, el qual és conduït mitjançant uns conductes i una bomba finsal sistema que l’introdueix a la cambra de combustió, generalmentgràcies a injectors. En motors més antics d’encesa per guspira ien els motors de motos de poca cilindrada aquesta alimentació esfa mitjançant carburadors.

• L’injector fa que, un cop l’aire ha entrat per l’obertura de la vàl-vula d’admissió, el carburant entri en la quantitat necessària di-rectament a la cambra de combustió i en el moment precís enquè s’ha de produir l’explosió. Hi ha injectors de tipus mecànici de tipus electrònic. Amb el sistema d’injecció s’incrementen lapotència del motor i l’acceleració, el consum de carburant dis-minueix, la qualitat de la combustió millora i es produeix menyscontaminació.

Amb la finalitat d’augmentar el rendiment del motor, sovint s’ins-tal·la un aparell constituït per una turbina i un compressor (tur-bocompressor o senzillament turbo) que té la finalitatd’incrementar la pressió amb què entra l’aire, i, per tant, l’oxi-gen, a la cambra de combustió. D’aquesta manera es produeixuna combustió més completa i es milloren el rendiment tèrmici, en conseqüència, la potència del motor, alhora que s’aconse-gueix una disminució relativa del combustible. La turbina gira mo-guda pels gasos d’escapament.

• El carburador és l’aparell que mescla el carburant i l’aire en la proporció adequada. Facilita l’entrada d’aquesta mescla a lacambra de combustió mitjançant el col·lector, que en possibili-ta la vaporització, i la distribueix a cadascun dels cilindres de lamanera més uniforme possible.

5Funcionament del motor d’explosió

Fotografia i esquema d’un carburador

Mecanisme pistó-biela amb les vàlvules iels taquets (a dalt) i la fixació al cigonyal (a baix)

Esquema del funcionament d’un motor d’explosió de quatre temps

Fotografia d’un injector

144 145

Galgues: làmines d’acer inoxida-ble, flexible, de diferents gruixos imuntades formant un grup de me-sures diverses.

Sistema elèctric d’encesaEn els motors d’encesa per guspira la combustió de la mescla in-troduïda a la cambra de combustió es fa mitjançant les bugies. Lesbugies són uns elements instal·lats a la culata, que disposen dedos terminals elèctrics anomenats elèctrodes, situats a la cambrade combustió, entre els quals es fa saltar una guspira elèctrica ca-paç d’encendre la mescla en el moment apropiat. Perquè es pro-dueixi la guspira, uns sistemes electrònics especials fan que elselèctrodes de la bugia rebin corrent d’alta tensió (30.000 a 40.000volts), moment en el qual salta un arc elèctric que provoca la gus-pira i, per tant, l’encesa.

La bugia es compon, bàsicament, d’un elèctrode central fet deplatí, níquel o manganès, envoltat d’un aïllant i d’un cos exteriord’acer; aquest té una part roscada, que inclou l’elèctrode demassa separat una distància determinada de l’elèctrode central.

Perquè la guspira sigui la correcta, els extrems finals dels elèctro-des han de tenir una separació de 0,6 a 0,9 mm, que ha de sercomprovada regularment mitjançant les galgues o sondes degruixos.

Quina funció té el radiador d’un cotxe?

Sistema de refrigeracióEl sistema de refrigeració dels motors de combustió interna potser per aire o per aigua.

• En els motors refrigerats per aire, els cilindres i la culata tenenunes aletes que, en augmentar la superfície de contacte amb l’ai-re, fan possible la dissipació de la calor. En determinats casosporten incorporat un ventilador que permet millorar el sistema.

• En els motors refrigerats per aigua, la calor produïda en el mo-tor és absorbida, en gran part, per l’aigua del circuit. Una bom-ba, accionada pel mateix motor, força la circulació de l’aigua através d’unes canalitzacions internes. El termòstat és una vàl-vula que regula el pas de l’aigua al radiador; de fet, en tanca elpas fins que el motor adquireix la temperatura normal de funcio-nament.

El radiador permet la dissipació de la calor corresponent a l’ener-gia calorífica que no es transforma en treball útil. És format per dosdipòsits d’aigua (a la qual s’afegeix líquid anticongelant), un de su-perior i un d’inferior, units entre si per un conjunt de petits tubsque disposen d’unes aletes en sentit transversal; aquestes afavo-reixen el contacte amb l’aire i, per tant, el refredament de l’aigua.L’aigua calenta procedent de la culata arriba al dipòsit superior i,a través dels tubs, passa cap a l’inferior, on arriba freda per l’efec-te de refrigeració; d’aquí, torna al bloc impulsada per la bomba. Unventilador col·locat davant del radiador força un corrent d’aire a tra-vés de les aletes. També formen part d’aquest circuit de refrige-ració per aigua els tubs o canonades que condueixen l’aigua desd’un dipòsit fins al radiador i des d’uns elements del circuit fins auns altres.

5Sistemes del motor d’explosió

Representació en secció d’una bugia

Bugies a la culata d’un motor Guspira elèctrica que encén la mescla

Radiador

Bugies

Radiador

147

El motor d’explosió de quatre temps d’OttoEn els motors d’explosió d’Otto, la transformació del moviment al-ternatiu del pistó dins del cilindre en moviment rotatiu es duu a ter-me en quatre fases o cicles, anomenats cicles tèrmics. Per tal queel cigonyal faci una volta sencera, cal completar tot un cicle.

Fase d’admissió. La vàlvula d’admissió s’obre automàticamenti el pistó inicia el descens des del punt mort superior (PMS)fins al punt mort inferior (PMI), alhora que es crea un buit a l’in-terior del cilindre que fa entrar l’aire i la gasolina provinent delconducte d’aspiració i de l’injector, respectivament. Quan el pis-tó arriba al PMI ja ha succionat la quantitat necessària d’aques-ta mescla.

Fase de compressió. La vàlvula d’admissió es tanca i la d’es-capament continua tancada; el pistó es desplaça des del PMIfins al PMS i comprimeix el fluid de l’interior del cilindre, co-sa que provoca un augment de la pressió i de la temperaturafins a valors que permeten la combustió.

Fase d’explosió i expansió. Les dues vàlvules estan tanca-des. La bugia genera una guspira elèctrica i es produeix l’en-cesa de la mescla; és així com s’origina l’expansió dels gasosque provoca l’empenyiment del pistó cap al PMI. En aquestafase té lloc la transformació de l’energia calorífica en energiamecànica.

Fase d’escapament. La vàlvula d’escapament s’obre i el pis-tó inicia l’ascens i va expulsant els gasos cremats de l’interiordel cilindre; en arribar al PMS es tanca la vàlvula d’escapamenti s’inicia novament el cicle.

4

3

2

1

5

146

Viscositat: propietat característicadels fluids que consisteix en la re-sistència que ofereixen a canviarde forma sota l’acció de forces ex-teriors. El paràmetre que mesura laviscositat d’un oli és el grau SAE.

Sistema de greixatgeEl circuit de greixatge és totalment independent del de refrigera-ció i, a més de disminuir el desgast i el fregament entre les pe-ces, també té la funció de refrigerar determinats òrgans delmotor. L’oli, que s’introdueix per la part superior de la culata, bai-xa per les parets internes de la culata i el bloc fins al càrter; unabomba en recull l’oli i, després de fer-lo passar pel filtre, l’envia apressió per les conduccions adequades fins als diferents òrgansdel motor.

Els olis poden ser de procedència vegetal, sintètica o mineral. Per grei-xar els motors és habitual usar olis minerals derivats del petroli, alsquals s’afegeixen additius químics que en perfilen les característiques:una viscositat poc variable amb els canvis de temperatura, un elevat grau de congelació, la incombustibilitat a temperatures infe-riors a 250 °C i una bona resistència a l’oxidació. A més, han de serantiescumejants i detergents.

El grau de viscositat ve determinat per unes escales, els valors deles quals estan normalitzats.

Funcionament del motor d’explosió

1 2 3 4

L’oli s’introdueix per la part superior de la culata

El motor dièselEn els motors d’explosió de cicle dièsel, les fases són bàsicamentles mateixes. En la fase d’admissió, però, tan sols entra aire al ci-lindre, que és comprimit (fase de compressió), i el carburant pol-voritzat s’injecta dins el cilindre. En la tercera fase; la forta pressióa què és sotmesa la mescla en provoca la combustió.

Cursa i cilindradaS’anomena cursa, la distància recorreguda pel pistó des del PMSfins al PMI, o a l’inrevés. Les dues posicions extremes entre lesquals es pot moure un pistó s’anomenen PMS i PMI.

La cilindrada d’un cilindre és el volum de mescla que cap dins delcilindre. Està determinada per la cursa del pistó (del PMS al PMI)dins del cilindre i el seu diàmetre.

149

El motor d’explosió de dos tempsAquest tipus de motor és utilitzat bàsicament en motos petites, pe-tits generadors de corrent elèctric, màquines agrícoles de petites di-mensions, etc. És més senzill que el motor de quatre temps, peròté un funcionament molt similar. En lloc de vàlvules, en el cilindre hiha tres orificis que s’obren i es tanquen amb el mateix moviment delpistó: el d’admissió, que permet l’entrada de la mescla al càrter; elde càrrega, a través del qual entra la mescla en el cilindre, i el d’es-capament, per on surten els gasos després de la combustió.

El rendiment d’aquests motors és inferior al dels motors de qua-tre temps, ja que la combustió és incompleta i produeix dipòsitsd’oli lubricant que s’acumulen a l’orifici d’escapament i a la bugia.A més a més, són més contaminats.

La necessitat de fer front als problemes que generen aquests mo-tors ha originat la investigació, el disseny i la fabricació de moto-cicletes i altres vehicles i màquines que actualment funcionen ambmotors de quatre temps.

Les fases del motor d’explosió de dos tempsFase d’admissió-compressió. El pistó parteix del PMI i pu-ja, l’orifici d’admissió queda descobert i s’introdueix una càr-rega de combustible en el càrter. En continuar pujant, tancal’orifici d’escapament i el de càrrega; simultàniament comple-ta la compressió de la mescla en la cambra de combustió. Im-mediatament abans del PMS s’encén la mescla i el pistó surtimpulsat cap avall.

Fase d’explosió-escapament. En baixar, el pistó descobreixl’orifici d’escapament i permet que els gasos cremats surtin.Al mateix temps, la part inferior del pistó actua com una bom-ba i impulsa la mescla que hi ha en el càrter cap a l’orifici decàrrega. La mescla, després de passar per aquest forat, arri-ba, finalment, a la cambra de combustió.

2

1

5

148

La cilindrada s’expressa en centímetres cúbics (cm3) i es calcula mitjan-çant la fórmula següent:

p · r2 · LC =

1.000

r és el radi del pistó i L és la cursa; tots dos s’expressen en mil·límetres(mm). El nombre 1.000 actua aquí de factor de conversió.

Els motors d’explosió de quatre i de dos temps

En aquest tipus de motors és im-possible evitar, d’una banda, quecerta quantitat del vapor de mesclano cremada es barregi amb els ga-sos d’escapament de la combustióanterior en el moment en què sur-ten a l’exterior i, de l’altra, que que-din residus de gasos cremats dinsdel pistó.

El combustible d’aquest tipus demotor s’anomena habitualmentmescla. Es compon de gasolina ientre el 2 % i el 4 % d’oli.

1 2

PMS

PMI

Cilindrada

La turbina de gasLa turbina de gas és un motor tèrmic rotatiu. Com hem pogut veu-re en els motors d’explosió, l’expansió dels gasos resultants dela combustió produeix un moviment rectilini alternatiu dels pistons,que la biela converteix en circular. A les turbines de gas, en can-vi, l’acció dels gasos que cremen dins la cambra de combustió delmotor fa girar directament l’eix; d’aquesta manera, i gràcies a unssistemes d’aprofitament de la calor, millora notablement el rendi-ment del motor, que pot arribar a ser del 38 %.

La turbina de gas consta de dues parts: el compressor i la turbi-na pròpiament dita. El compressor, que gira amb el mateix eix dela màquina, comprimeix l’aire que és conduït cap a la cambra (ocambres) de combustió. Aquí, quan té lloc la combustió, es pro-dueix una gran elevació de la temperatura. L’expansió del gas ge-nerat fa girar les aspes mòbils de la turbina, el rotor, degudamentconduït per unes altres aspes fixes, l’estator. És aquí on es pro-dueix la transferència de l’energia: de tèrmica passa a mecànica.Una part de l’energia generada serveix per accionar el compres-sor, mentre que la resta és útil. La turbina de gas pot fer servir coma combustible el gas, tant si és natural com manufacturat, o de-rivats del petroli.

Com que la temperatura que s’aconsegueix a la cambra de com-bustió és molt elevada, calen sistemes de refrigeració perquè elsmaterials que la componen no es deteriorin. Si la refrigeració es faamb aigua, la calor que aquesta guanya pot ser aprofitada per a usosindustrials o domèstics o també per produir vapor per accionar unaaltra turbina, que en aquest cas serà de vapor. Moltes centrals tèr-miques funcionen actualment d’aquesta manera; són les anome-nades centrals de cicle combinat, que aprofiten molt la calorproduïda en els diferents processos, d’aquesta manera aconseguei-xen un rendiment tèrmic global força elevat.

151

El turboreactor El turboreactor és una varietat de turbina de gas en la qual no esprodueix treball fent girar un eix, sinó mitjançant un impuls per re-acció. El turboreactor, que és el motor que fan servir els avions dereacció, és una mena de tub disposat paral·lelament al cos de l’a-vió. Quan l’avió avança, l’aire, que entra per la part del davant delmotor a una velocitat elevada i en gran quantitat, és comprimit pelcompressor, de manera que quan entra a la cambra de combus-tió permet encendre una quantitat important de combustible(querosè) i generar un gran volum de gasos amb una elevada ener-gia en forma de pressió. Aquests gasos, un cop han passat per laturbina que activa el compressor, són expulsats per l’orifici poste-rior del motor (tovera), i és aleshores quan l’avió és impulsat capendavant (reacció).

Hi ha altres tipus de turbines de gas per a l’aviació. El motor tur-bofan, que també es pot anomenar “turboventilador”, n’és unexemple. En aquest motor, l’eix de la turbina, a més de fer girarel compressor, fa moure un gran ventilador que recull aire del da-vant i l’expulsa per darrere després d’haver-lo comprimit adequa-dament. L’avió és empès gràcies a la propulsió de l’aire delventilador. El rendiment d’aquest motor és més elevat que l’ante-rior i el nivell sonor és més baix.

També hi ha el motor turbohèlix, l’eix de la turbina del qual fa fun-cionar una hèlix. El fan servir alguns avions i els helicòpters.

5

150

Esquema d’una turbina de gas

Motors de combustió interna

Turbina de gas

Turbofan Turbohèlix

Quina és la diferència principalentre un turbohèlix i un turbofan?

Turboreactor

Ventiladors

Compressor

Rotor

Cambra de combustió

153152

Explica com funcionava la màquina de vapor i digues exemplesconcrets de la seva aplicació. [ PÀG. 136-138]

Descriu les principals millores fetes per James Watt que vanpermetre perfeccionar la màquina de vapor. [ PÀG. 136-138]

Identifica les parts que componen la màquina de vapor de lafigura següent i escriu-ne el nom i la funció. [ PÀG. 136-138]i

9

i

8

i

7

ac

tiv

ita

ts5

Quina és la funció bàsica i fonamental dels motors? [ PÀG. 131 i 132]

Què és l’energia cinètica? Quina diferència hi ha entre l’energiacinètica i l’energia potencial? [ PÀG. 133]

Defineix què és la termodinàmica i explica per què ésfonamental en el context tecnològic. [ PÀG. 135]

Escriu el nom de cinc màquines, modernes o antigues, quefuncionin amb un motor tèrmic. Classifica-les segons el tipusde combustió (externa o interna). [ PÀG. 134]

Quina és la diferència fonamental entre un motor tèrmic decombustió externa i un de combustió interna? [ PÀG. 134]

Explica breument per què la màquina de vapor és un motortèrmic. [ PÀG. 136-138]i

6

i

5

i

4

i

3

i

2

i1

ac

tiv

ita

tsA

R

155154

Dibuixa una lleva i, després, explica quina és la funció del’arbre de lleves en el sistema de distribució d’un motor decombustió interna. [ PÀG. 142]

Contesta: [ PÀG. 143]

• És possible que un motor incorpori un injector i un carburador?

• Tots els motors d’explosió tenen injector?

Ara, comenta quina és la funció d’aquests dos elements en elsistema d’alimentació del motor.

Observa aquesta fotografia i, després, contesta raonadamentles preguntes següents: [ PÀG. 144]

• Què és una bugia?

• Quins són els elements d’una bugia?

• Quina separació han de tenir els extrems finals dels elèctrodes perquèla guspira elèctrica sigui la correcta?

• Com es pot comprovar que aquesta separació és l’adequada?

• Què et sembla que passaria si es toquessin els elèctrodes de la bugia?Raona la teva resposta.

i

16

i15

i

14

ac

tiv

ita

ts

ac

tiv

ita

ts

5Explica breument què és una turbina de vapor: anomena’n lesparts més importants, comenta’n el funcionament i especificales diferències entre la turbina d’acció i la de reacció. [ PÀG. 139]

Tria un model actual de cotxe o moto i especifica’n lescaracterístiques: tipus de combustible, nombre de temps defuncionament, nombre i posició dels cilindres, potència, etc.[ PÀG. 140-149]

Identifica les parts d’aquest motor d’explosió i, després, indicaen un quadre de quins materials és feta cada part i quina és laseva funció principal. [ PÀG. 141]

Observa bé aquest dibuix corresponent a un conjunt pistó-biela. Identifica el nom de totes les peces, explica les fases quecal seguir per desmuntar el conjunt i indica les eines que calutilitzar per fer-ho. [ PÀG. 142]i

13

i

12

i

11

i

10

R

A

A

Protecció de plàstic que cal treureabans de cargolar-la a la culata delmotor.

157156

Observa bé aquests dibuixos corresponents a les fases d’unmotor d’explosió de quatre temps. Ordena’ls i, després, indicaen una taula la posició de cada una d’aquestes vàlvules encada fase: la vàlvula d’admissió, la vàlvula d’escapament i elpistó. [ PÀG. 142]

Calcula la cilindrada d’un motor monocilíndric el pistó del qualfa 100 mm de diàmetre i té una cursa de 50 mm. [ PÀG. 148]

• Quina seria la cilindrada si el motor tingués quatre cilindres?

Mesura amb el peu de rei el diàmetre i l’alçada d’un pistó.Suposa que aquesta alçada coincideix amb la cursa del pistódins del cilindre i calcula’n la cilindrada. [ PÀG. 148]

Contesta: [ PÀG. 140-149]

• Quin tipus de motor d’explosió contamina més el medi ambient, el dedos temps o el de quatre? Per què?

• S’han previst solucions o alternatives per evitar la contaminació queprovoquen aquests motors? Quines?

Demana informació a un mecànic sobre les eines utilitzadesper muntar i desmuntar un motor d’explosió. Fes un croquis oun dibuix senzill de cada eina en un quadre i indica’n el nom ila funció. [ PÀG. 140-149]i

26

i25

i

24

i

23

i

22

ac

tiv

ita

ts

ac

tiv

ita

ts

5Agafa una bugia, un peu de rei i un joc de galgues. Comprova sila separació dels elèctrodes és correcta i, després, mesura eldiàmetre i el pas de rosca de la bugia. A partir d’aquestesmesures, fes el croquis acotat d’una bugia a escala natural.[ PÀG. 144]

Comenta les diferències que hi ha entre els sistemes derefrigeració per aire i els sistemes de refrigeració per aigua delsmotors de combustió interna. [ PÀG. 145]

• Per què són necessaris els sistemes de refrigeració d’aquests motors?

Contesta aquestes preguntes raonadament: [ PÀG. 146]

• Quin és el camí que segueix l’oli del circuit de greixatge del motord’explosió?

• Quina és la funció de l’oli en el motor?

• Quines són les propietats d’aquest oli?

• Què són els olis multigrau?

Comenta les semblances i les diferències que hi ha entre unaturbina de gas i un motor d’explosió. [ PÀG. 150]

Digues a quins dels sistemes auxiliars d’un motor d’explosiócorresponen les funcions següents: [ PÀG. 140-149]

– Disminueix el desgast i el fregament entre les peces més mòbils delmotor.

– Transforma el moviment longitudinal alternatiu del pistó en movimentrotatori.

– Permet, en un moment determinat, l’obertura i el tancament de lesvàlvules d’admissió i d’escapament.

– Produeix la barreja de combustible i aire en la proporció correcta.– Manté el motor a una temperatura adequada i impedeix que s’escalfi

massa.– Fa que la bugia produeixi, en el moment precís, l’encesa de la mescla

per efecte de la guspira.

i

21

i

20

i19

i

18

i

17

A

A

159158

procediment 5Representació d'un motor d'explosió

El motor d'explosió té una mecànica complica-da. L'activitat següent et podrà ajudar a com-prendre com el moviment alternatiu del pistó fagirar el cigonyal i aquest, al seu torn, transmetel moviment a les vàlvules de la culata perquès'obrin i es tanquin.

Serra aquestes peces:

– 1 rectangle de 220 x 160 mm i 2 peces de 15 x 15 mm de tauler de contraplacat.

– 2 peces de 80 mm i 1 peça de 70 mm de llistóde 20 x 20 mm.

– 4 peces de 30 mm de llistó de 10 x 10 mm.

– 1 peça de 40 mm, 1 de 100 mm i 2 peces de 35mm de llistó de 35 x 10 mm.

– Les peces que faran de biela, segons el plànol,amb tauler de contraplacat.

– 1 tros de 25 mm de llargària del pal rodó de 4 mmde diàmetre, 1 tros de 26 mm de llargària del palrodó de 8 mm de diàmetre i 2 trossos de 41 mmde llargària del pal rodó de 6 mm de diàmetre.

Representa el motor:

1 Col·loca les serres de corona en el protabroquesdel trepant i fes una roda d’uns 25 mm de dià-metre i una altra d’uns 60 mm de diàmetre detauler de contraplacat. Després, traça i serraaquesta darrera roda seguint les indicacionsdel plànol i converteix-la en el que serà el cigo-nyal. Les serres de corona convé que les facisservir en presència del professor. Protegeix-teel ulls amb ulleres i les mans amb guants.

2 Amb les broques corresponents, fes els forats enels llocs indicats de les peces, com s’indica en elsplànols. Per foradar les peces petites, subjecta-lesamb la mordassa de trepant. Eixampla un delscostats del forat del llistó de 35 x 40 amb un al-tre forat de 6 mm de diàmetre i una fondària d’uns4 mm (fes-ho tal com indica el plànol).

b

a 3 Amb la serra de mecànic, serra els claus de 19 x 36 o de 3 mm de diàmetre. Han de teniruna llargària de 40 mm des de la cabota.

4 Construeix el que seran les vàlvules. Passa elsclaus que acabes de serrar pels forats de 3,25 mmdel llistó de 70 mm. Després, introdueix les mo-lles per la part que surt dels claus, col·loca-hiuna volandera de M-3 i solda-la amb estany.Comprova el funcionament de les vàlvules. As-segura’t que un cop collades, retornin. Perquèvagin més lleugeres, aboca pel forat una gote-ta d’oli de màquina.

5 Encola la peça que conté les vàlvules i les queconfiguren el cilindre, de manera que s’hi puguidesplaçar el llistó de 35 x 40 mm que farà depistó. Clava uns claus de 7 x 7 des de darrere.

6 Munta el conjunt pistó-biela-cigonyal. Primer,passa el cargol de M-3 x 25 pel forat ample delpistó. Posa-hi una volandera de M-3 i, després,la biela pel forat del costat estret. Col·loca-hi unaaltra volandera i cargola-hi la femella.

7 Uneix la part ampla de la biela amb el cigonyalfent servir el pal de 4 mm de diàmetre. Col·lo-ca-hi entremig cinc volanderes de M-4. El palsobrant ha de sortir per la part de la biela.

8 Encola, per la part posterior del tauler, el tros dellistó de 35 x 100 mm amb el forat de 8,5 mmde diàmetre. Els forats han de coincidir exacta-ment. Pot ajudar-te passar el pal de 8 mm dediàmetre. Després, fes el mateix amb els tros-sos de llistó de 35 x 35 mm amb els forats de6,5 mm de diàmetre.

Materials:– Tauler de contraplacat de 5 mm de gruix

– Llistó de 20 x 20 mm

– Llistó de 10 x 10 mm

– Listó de 20 x 10 mm

– Llistó de 35 x 10 mm

– Pals rodons de 4 mm, 6 mm i 8 mm de diàmetre

– 2 claus de 19 x 36 de cabota plana

– 2 molles de bolígraf

– 3 volanderes de M-3

– 5 volanderes de M-4

– 3 claus de 13 x 15 de cabota plana

– Claus de 7 x 7 o de 10 mm de llargària

– Cargol i femella de M-3 x 20

– Filferro d'1,5 mm de diàmetre

– Cola blanca

Eines:– Eines del taller de fusteria

– Trepant, mordassa de trepant

– Broques d’1,75 mm, 3,25 mm, 4 mm, 6 mm i 6,5 mmde diàmetre

– Serra de mecànic, soldador elèctric, estany de soldar

– Joc de serres de corona amb broca de 8 mm de diàmetre

9

10

5

11

1

13

10

810

10

4

3

5

6

7

11

161161

procediment 5

160160

Representació d'un motor d'explosió

9 Enganxa a la part de davant del tauler els qua-drats de contraplacat de 20 x 20 mm de costat.Fes coincidir exactament els forats. Assegura’tque el pal de 6 mm de diàmetre hi gira bé.

10 Munta dues peces de llistó de 10 x 10 mm;uneix-les pels extrems del pal de 6 mm dediàmetre, després de passar aquest per undels forats. El conjunt ha de girar bé. Després,munta les altres per l’altre forat.

11 Uneix el cigonyal amb la rodeta de 25 mm dediàmetre, que va a la part de darrere. Passa-hiel pal de 8 mm de diàmetre. Comprova que pu-gui girar bé.

12 Amb unes alicates de tall, talla tres claus de 13 x 15 o d’1,75 mm de diàmetre, a 12 mm apartir de la cabota.

13 Amb filferro d’1,5 mm de diàmetre, construeixdues peces com les indicades en el plànol. La dis-tància entre les anelles dels extrems de la peçaés de 160 mm. Fes les anelles amb unes alicatesde boca rodona i, si cal, tanca-les amb unes alica-tes de boca plana. Per doblegar l’anella, s’ha de ferbastant força. Si cal, demana ajuda al professor.

Ja tens el motor a punt de funcionar. Gira la mano-vella (palet de fusta) que uneix la biela amb el cigon-yal i veuràs com s’obren i es tanquen les vàlvulesmentre el cigonyal gira. Com ja saps, en la realitat,el moviment del cigonyal és produït pel movimentalternatiu del pistó transformat en moviment circu-lar per la biela.Evidentment, el moviment de les vàlvules va coordi-nat amb el dels pistons perquè es puguin obrir i tan-car en determinats moments. Podràs comprovar queels moviments combinats del teu motor no es corres-ponen exactament amb els moviments necessarisperquè el motor sigui de quatre temps. Per aconse-guir-ho, caldrien mecanismes més complexos que se-rien difícils en un treball com aquest, però, malgrat tot,aquest procediment sí que pot servir per veure comuns determinats mecanismes produeixen movimentscombinats que s’acosten als que tenen lloc en la re-alitat.

14 Ara, munta les peces de filferro de maneraque totes dues vagin subjectades per una de lesanelles en la rodeta inferior. Per subjectar-les, pas-sa un dels trossos de clau que has tallat i colla’lperquè no surti per sota la roda. Després, subjec-ta l’altre extrem de les peces de filferro en els llis-tonets que actuen sobre les vàlvules, col·locatstal com indica la figura. Ara, gradua les palanquesper la part anterior perquè puguin accionar degu-dament les vàlvules; han d’estar més o menyshoritzontals i han de tocar la part superior de lesvàlvules. Si veus que les palanques no quedenprou subjectades sobre el pal que fa d’eix, un copgraduades posa-hi una mica de cola.

8

ø = 1,5

30

4

ø = 6

70

15 24

22

60

135°

35

18

20

40

ø = 3,25ø = 3,25

ø = 4

5

ø = 6

ø = 1,5

25

163162

Cada vegada els cotxes de fórmula 1

són més prodigiosos. Poden arribar

a córrer moltíssim (més de 350

km/h), fins al punt que s'ha hagut de

limitar aquesta velocitat per raons de

seguretat. També ha progressat molt

la seguretat dels pilots. Certament,

pocs pilots sofreixen accidents mor-

tals en les curses. Pilots i tècnics tre-

ballen en equip i les marques

automobilístiques hi esmercen grans

esforços econòmics.

Els motors són d'explosió de quatre

temps, com qualsevol dels cotxes

que fem servir normalment. General-

ment, tenen 8 cilindres en V. La ve-

locitat màxima de gir del motor

s'acosta a les 20.000 revolucions per

minut. Disposen de sistemes d'in-

jecció i de turbocompressors molt

avançats que milloren el rendiment

del motor. Però, sobretot, el que re-

gula la marxa del motor actualment

són uns circuits electrònics que con-

trolen, amb una gran exactitud, pa-

ràmetres com la quantitat exacta de

combustible o d'aire perquè la com-

bustió tingui les condicions òptimes

i es pugui aconseguir la màxima po-

tència. Aquesta regulació la poden

fer els tècnics des dels boxs per mit-

jà d'ones, mentre dura la cursa, per

tal de millorar el rendiment dels me-

canismes. Els sistemes d'embragat-

ge i de frenada estan dissenyats amb

nous materials que poden suportar

els forts escalfaments que es pro-

dueixen a tan altes velocitats de gir.

Cotxes com aquests sembla que

haurien de volar i sortir a gran velo-

citat dels revolts, però si has vist

una cursa hauràs pogut observar

que sembla que s'enganxin a terra.

I és que la forma aerodinàmica de la

carrosseria, amb els alerons i, espe-

cialment, amb la part inferior del ve-

hicle, està estudiada de manera que,

d'una banda, ofereix poca resistència

a l'aire i, de l'altra, presenta una for-

ta adherència al terra, gairebé com si

es tractés d'una ventosa.

Els vehicles de fórmula 1 pesen rela-

tivament poc. Els motors són d'aliat-

ges molt lleugers i les carrosseries

són fetes de fibres de carboni i no

pas de metall. Els volants tenen un

pes mínim, però disposen d'una ve-

ritable centraleta electrònica que per-

met que el pilot pugui comandar el

motor i, alhora, comunicar-se amb

l'equip tècnic.

Es podrien dir moltes més coses

dels cotxes de fórmula 1, però és

evident que es tracta d'unes màqui-

nes molt especials que, conduïdes

per pilots molt preparats, ofereixen

uns espectacles seguits per milions

d'espectadors de tot el món.

Les proves de fórmula 1 són autèntics laboratoris on s'experimenten moltes de lesinnovacions que després s'apliquen als vehicles que conduïm.

Activitats:

Contesta raonadament aquestapregunta:

• No seria bo, també, aprofitaraquests esforços en la millora del'automoció per experimentar envehicles que no contaminessintant i fossin més respectuososamb el medi ambient?

1

La fórmula 15Reportatge

La formaaerodinàmica dels cotxes defórmula 1 evita quesurtin volant!

164 165164

eix transversaleducació ambiental

• Quin motor portaran els cotxes del futur?

Fa molts anys, Leonardo da Vinci ja va idear unvehicle autopropulsat. El 1769, el francès Nico-las Cugnot va muntar una màquina de vapor enun carro de tres rodes, el pesant Fardier (carra-ca). I la llista de somiadors i pioners es pot allar-gar amb noms rellevants, entre els qualsdestaquen el del creador del motor Stirling, quegairebé després de més de cent anys de la se-va invenció es torna a experimentar amb la tec-nologia d'avui i és la base del motor d'aire.

Des de l'aparició de la màquina de vapor es vandur a la pràctica nombroses millores, i en un in-tent de simplificar-la, l'any 1816, Robert Stirlingva patentar un motor que funcionava amb aire ca-lent. Continuava sent un motor de combustió ex-terna, però sense la necessitat de la caldera.

Aquest motor funciona per mitjà de l'aire que hiha a l'interior d'un cilindre i que, en ser escalfat,s'expandeix i fa desplaçar un èmbol ajustat dinsdel cilindre. Quan l'aire es refreda, es contrau, il'èmbol retorna a la posició inicial mentre fa unmoviment rectilini alternatiu que es transforma enun moviment circular per mitjà d'un sistema debiela-manovella.

Els avantatges principals del motor Stirling sónel seu sistema de combustió externa, que per-met cremar qualsevol tipus de combustible perescalfar el motor. Però, a més, és extremamentsilenciós i funciona sense generar vibracions, téun baixíssim índex de contaminació i genera, al-hora, energia elèctrica, mecànica i tèrmica (coge-neració).

En un futur pròxim es veurà si aquest motor o elmotor d'aire formarà part dels cotxes híbrids o si serà capaç de fer circular per si sol vehiclesque no contaminin.

El motor Stirling

Els motors es poden classificar segons:a. La quantitat d’energia que consumeixen.b. La font d’energia que utilitzen.c. El nombre de revolucions per minut a què treballen.d. L’energia mecànica o de moviment que generen.

Com s’anomena el motor que utilitza l’energia calorífica i latransforma en energia mecànica?a. Hidràulic b. Eòlic c. Elèctric d. Tèrmic

Amb quina energia funcionen els motors hidràulics? a. Amb l’energia de l’aire b. Amb l’energia del carbóc. Amb l’energia de l’aigua d. Amb l’energia del vent

Com s’anomena l’energia del moviment dels cossos?a Energia cinètica b. Energia potencialc. Energia renovada d. Cap de les anteriors no és correcta

Com poden ser els motors tèrmics segons el lloc on esprodueix la combustió?a. De combustió interna b. De combustió externac. De cicle combinat d. De combustió externa o interna

Què permet, el distribuïdor de la màquina de vapor? a. El retorn de la tija, per acció de la biela.b. L’entrada del vapor alternativament pels dos costats del cilindre. c. El control de la velocitat de la màquina perquè sigui constant.d. La màquina de vapor no disposa de cap element anomenat distribuïdor.

Quins elements bàsics té l’estructura del motor d’explosió?a. El pistó, el cigonyal i el cilindre. b. La culata, el bloc i el càrter.c. Les vàlvules i l’eix de lleves. d. L’injector, el carburador i la bugia.

En quina fase es duu a terme la transformació de l’energiacalorífica en energia mecànica en el motor d’explosió?a. En la fase de compressió b. En la fase d’explosió i expansióc. En la fase d’escapament d. En la fase d’admissió

En quins vehicles s’utilitza generalment el motor d’explosió dequatre temps de cicle dièsel?a. Vehicles agrícoles b. Camionsc. Locomotores de trens d. Totes les respostes són correctes

Com funcionen els motors de combustió interna de dos temps?10

9

8

7

6

5

4

3

2

15

ava

lua

ció

Investiga i opina:– Quin és el tipus de motor amb el qual poden

funcionar els vehicles que menys contaminen?Raona la teva resposta.

– Investiga si, en el teu entorn més immediat, elsmotors o els vehicles tenen una gran incidèn-cia negativa en el medi ambient i pensa què espodria fer per reduir-ne l'impacte mediambien-tal.