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 .
