Un motor alternatiu utilitza el moviment lineal dun o més pistons per convertir la pressió dun fluid en treball mecànic, generalment en forma de moviment rotatiu. Aquest procés permet obtenir energia mecànica, que és essencial per a nombroses aplicacions industrials i de transport. En contrast, les màquines rotatives, com ara les turbines o el motor Wankel, generen energia directament a través del moviment rotatiu dels seus components.
El motor alternatiu, també conegut com a motor de pistó, és una categoria àmpliament reconeguda i utilitzada de motors. Entre aquests, els motors de combustió interna són els més comuns ja que es fan servir massivament en la fabricació de vehicles de motor, des d'automòbils fins a motocicletes i camions, a causa de la seva eficiència i capacitat per produir una gran quantitat de potència.
Encara que en aquest article ens centrarem en els motors alternatius tèrmics, és important destacar que hi ha altres tipus de motors alternatius. Aquests inclouen motors elèctrics alternatius, que converteixen lenergia elèctrica en moviment lineal o rotatiu, i motors pneumàtics o hidràulics, que utilitzen aire comprimit o fluids pressuritzats per generar moviment.
Tipus de motor alternatiu
Els motors alternatius es poden classificar de moltes maneres diferents. Les principals formes de classificació són les següents:
- Segons la disposició dels cilindres al motor. Aquests poden ser: en línia si tots els cilindres estan disposats en una sola fila, en V si els cilindres estan disposats en dues files que formen una "V", Bòxer (oposats) si estan disposats horitzontalment en dues files oposades i r adial si l us cilindres estan disposats al voltant d'un eix central, comunament utilitzat en avions.
- Segons la cilindrada: La cilindrada es refereix al volum total desplaçat per tots els pistons al motor durant una revolució completa del cigonyal. Es mesura en litres o centímetres cúbics (cc).
- Segons la relació de compressió: la relació de compressió és la relació entre el volum total del cilindre quan el pistó és al punt més baix i el volum quan el pistó és al punt més alt.
- Segons la relació de diàmetre i cursa: el diàmetre és l' amplada del cilindre, i la cursa és la distància que recorre el pistó dins el cilindre. Els motors poden ser de cursa curta, cursa llarga, o cursa quadrada (diàmetre i cursa iguals).
- Segons el nombre de moviments a cada cicle: aquí distingim els motors de dos temps, en què el motor completa un cicle de potència en dos moviments del pistó (una volta del cigonyal), i el motor de quatre temps, que realitza un cicle de potència en quatre moviments del pistó (dues voltes del cigonyal).
Classificació dels motors alternatius combustió
Els motors de combustió es divideixen principalment en dues categories:
- Motor de benzina (motor Otto): Utilitza una bugia per iniciar la combustió de la barreja d'aire i combustible. Comunament trobats amb automòbils i motocicletes. També es coneixen com a motor d'encesa per espurna.
- Motor dièsel: La combustió s'inicia mitjançant la compressió de l'aire al cilindre, cosa que augmenta la temperatura suficient per encendre el combustible. Utilitzat en vehicles pesants, maquinària i generadors. També es coneix com a motor d'encendi per compressió.
Altres tipus de motors alternatius
A banda dels motors endotèrmics, hi ha altres tipus de motors alternatius que també tenen aplicacions importants:
- Màquina de Vapor: Fonamental a la Revolució Industrial, utilitza vapor d'aigua per moure pistons i generar energia mecànica.
- Motor Stirling: utilitza la compressió i expansió d'un gas a diferents temperatures per produir energia. És eficient i silenciós, amb aplicacions en energies renovables i sistemes de refrigeració.
Tipus de motors d'encesa per espurna
Els principals tipus de motors d'encesa per espurna són els següents:
- Motor de gasolina: És la versió més comuna ja que està instal·lada en una part important dels automòbils. Té dues opcions de subministrament de combustible: un injector i un carburador.
- Motor de carburador. Una característica és la producció duna barreja de combustible i gas en un mesclador especial, carburador . Anteriorment, aquests motors de gasolina prevalien; Ara, amb el desenvolupament de microprocessadors, el vostre camp d'aplicació està disminuint ràpidament.
- Motor d'injecció. Una característica és la recepció de la barreja de combustible al múltiple o als cilindres del motor alimentant el sistema d'injecció de combustible.
- Motors de gas. Un motor que crema hidrocarburs gasosos com a combustible en condicions normals: barreges de gasos liquats, gasos naturals comprimits, gas obtingut en convertir combustible sòlid en gasós. Com a combustible sòlid es fan servir: carbó, torba, fusta.
Aquests motors són àmpliament utilitzats, per exemple, en plantes d'energia de petita i mitjana potència, utilitzant gas natural com a combustible (a l'àrea d'alta potència, les unitats de potència de turbina de gas regnen).
Tipus de motors d'encesa per compressió
Els motors d'encesa per compressió, coneguts com a motors dièsel, es caracteritzen per la ignició del combustible a través de la compressió de l'aire al cilindre. Dins aquesta categoria, hi ha diversos tipus destacats.
Motor de dos temps
El motor dièsel de dos temps realitza un cicle complet en dos moviments del pistó i s'utilitza en aplicacions on es requereix alta potència i densitat, com ara vaixells i maquinària pesada. Aquest tipus de motor és més simple en disseny, però pot ser menys eficient i més contaminant que els motors de quatre temps.
Motor de quatre temps
D'altra banda, el motor dièsel de quatre temps completa un cicle en quatre moviments del pistó: admissió, compressió, combustió i fuita. Aquest és el tipus més comunament utilitzat en vehicles de passatgers, camions i generadors a causa de la seva major eficiència i neteja en comparació dels motors de dos temps.
Motor d'injecció directa
El motor dièsel d'injecció directa injecta el combustible directament a la cambra de combustió, cosa que ofereix una millor eficiència de combustible i més potència, sent aquest el tipus utilitzat en la majoria dels vehicles dièsel moderns. En contrast, el motor dièsel d'injecció indirecta injecta el combustible en una cambra de precombustió abans d'entrar al cilindre principal, proporcionant una combustió més suau encara que amb menor eficiència, i és utilitzat en aplicacions més antigues i alguns motors petits.
Motors dièsel d'alta velocitat
Els motors dièsel d'alta velocitat estan dissenyats per operar a altes revolucions per minut (RPM) i es fan servir en vehicles comercials lleugers i equips de construcció. En canvi, els motors dièsel de baixa velocitat operen a baixes RPM i són comuns en aplicacions marines i generadors de gran escala degut a la seva alta durabilitat i eficiència en el consum de combustible. Aquests diversos tipus de motors dièsel s'adapten a una àmplia gamma de necessitats i aplicacions, cadascun amb els avantatges específics en termes d'eficiència, potència i durabilitat.
Història del motor alternatiu
La història del motor alternatiu té les seves arrels al mecanisme de manovella, un primer exemple de conversió de moviment giratori a alternatiu. Les manetes manuals més antigues van aparèixer a la Xina durant la dinastia Han (202 aC-220 dC). Diverses serradores a Àsia romana i Síria bizantina durant els segles III-VI dC empraven mecanismes de biela que convertien el moviment rotatori d'una roda d'aigua al moviment lineal de les fulles de serra. El 1206, l'enginyer àrab Al-Jazari va inventar el cigonyal, un component crucial en l'evolució dels motors alternatius.
El desenvolupament significatiu dels motors alternatius va ocórrer a Europa durant el segle XVIII. Primer van sorgir els motors atmosfèrics, seguits per les màquines de vapor, que van revolucionar la indústria. Al segle XIX, es van desenvolupar el motor Stirling i el motor de combustió interna, marcant el començament d'una nova era a la tecnologia de motors.
Avui dia, el tipus més comú de motor alternatiu és el motor de combustió interna, que funciona amb gasolina, dièsel, gas liquat de petroli (GLP) o gas natural comprimit (GNC). Aquests motors són fonamentals per a la propulsió de vehicles de motor i l'operació de plantes d'energia, i es destaquen per la seva eficiència i versatilitat en múltiples aplicacions industrials i de transport.
Terminologia dels motors alternatius
No tots els motors alternatius corresponen a l'esquema descrit, però les parts essencials i el funcionament són similars.
A continuació adjuntem una terminologia usada universalment al camp dels motors de combustió interna o motors endotèrmics. Aquesta terminologia es fa servir per indicar algunes dimensions i valors fonamentals d'aquest tipus de motor.
- Punt mort superior (PMS). Posició del pistó més propera a la culata. Punt Mort Inferior (PMI). Posició del pistó més allunyada de la culata.
- Punt Mort Inferior (PMI). Posició del pistó més allunyada de la culata.
- Diàmetre (en anglès: Bore). Diàmetre interior del cilindre. Expressat generalment en mil·límetres (mm).
- Carrera (en anglès: Stroke). Comprèn la distància entre el PMS i PMI, és igual, excepte rares excepcions, al doble del radi de la maneta de l'eix de cigonyals. S'expressa generalment en mm.
- Volum total del cilindre (V1). És l'espai comprès entre la culata i el pistó quan aquest és al PMI Ve expressat, en general, en cm3
- Volum de la càmera de combustió (V2). Està comprès entre la culata i el pistó quan aquest es troba al PMS Sol expressar-se en cm3
- Volum desallotjat pel pistó o cilindrada (V1 – V2). És el generador pel pistó en el seu moviment alternatiu des del PMS fins al PMI: S'expressa, normalment, en cm3.
- Relació volumètrica de compressió (
). S'entén per tal la que hi ha entre el volum total del cilindre V1 i el volum de la cambra de combustió V2. En general, per abreujar, és anomenat simplement relació de compressió:
