1. ECUAŢIA TERMICĂ DE STARE

Pentru a determina câţi parametri şi care anume sunt necesari pentru a defini starea unui sistem

se consideră un sistem simplu, reprezentat printr-o masă de gaz conţinută într-un rezervor, pentru care

se pot controla şi măsura cu uşurinţă presiunea, temperatura şi volumul. Dacă se aleg valori arbitrare

pentru temperatură şi volum, presiunea rezultă ca o mărime dependentă de aceştia, care pot singuri să

definească starea sistemului. Este evident că din trei parametri termodinamici, numai doi sunt

independenţi, cu condiţia ca sistemul să fie omogen. Această observaţie este cunoscută sub denumirea

de postulatul de stare, conform căruia stările de echilibru ale unui sistem simplu, omogen sunt

determinate prin valorile a doi parametri intensivi independenţi.

Postulatul de stare se exprimă matematic prin ecuaţii de echilibru, care leagă parametri

termodinamici, astfel încât unul dintre ei nu este independent. Această ecuaţie poartă denumirea de

ecuaţie termică de stare. În termenii parametrilor de mai sus, ecuaţia de stare are forma:

0=T)v,f(p,

Din punct de vedere geometric, relaţia ecuaţia termică de stare reprezintă o suprafaţă oarecare

în spaţiu, într-un sistem de trei axe de coordonate (p, v, T). Toate stările de echilibru posibile ale unui

sistem se reprezintă pe această suprafaţă sub formă de puncte. Deoarece utilizarea practică a

diagramelor spaţiale este dificilă, se folosesc reprezentări plane, care se obţin prin proiectarea acestei

suprafeţe pe cele trei plane de coordonate.

Ecuaţia 0=T)v,f(p, poate fi explicitată în funcţie de oricare dintre cele trei variabile:

v)T(p,=T;Tv,p=p;T)v(p,=v )(

Ecuaţia termică de stare se stabileşte pe cale experimentală, însă cele stabilite pentru gazele

reale au o structură complicată. Pentru gaze reale aflate la presiuni mici, ecuaţia termică de stare are

însă o expresie simplă. Dacă se calculează rapoartele pv/T, valorile lui p, v şi T fiind obţinute prin

măsurători, se observă că:

]/[lim0

KkgJR=cst=T

vpi

p

unde Ri este o constantă care depinde numai de natura gazului.

Se poate admite, ca urmare, drept ecuaţie termică de stare a unui gaz la presiuni mici relaţia

simplă:

TR=vp i

Pentru o masă m de gaz:

TRm=Vp i

2. LUCRUL MECANIC EXTERIOR

Lucrul mecanic este mărimea care caracterizează, din punct de vedere al schimbuluienergetic, o interacţiune mecanică. Reprezintă deci energia schimbată între sistem şi mediul exterior încursul unei interacţiuni mecanice.

Energia internă a unui sistem termodinamic se poate modifica datorită prezenţei unorinteracţiuni între sistem şi mediul ambiant. De exemplu: interacţiune mecanică între un sistem închis şimediul ambiant (Fig. 2.1) se poate modifica energia internă a gazului prin frecare între corpul gazos şiun element mobil (a), prin comprimare (b) sau prin destindere (c). Lucrul mecanic efectuat de pistonasupra gazului se numeşte lucru mecanic exterior.

Lucrul mecanic se exprimă prin produsul între forţa F şi distanţa x pe care are loc deplasareapunctului de aplicaţie al acesteia pe direcţia forţei:

xF=L (2.1)

Pentru o deplasare elementară dx, sistemul va schimba cu mediul exterior un lucru mecanicexterior elementar:

dxF=dL (2.2)

În cazul proceselor din Fig. 2.1 b şi 2.1 c, dacă pistonul se deplasează încet, fără frecare şietanş, presiunea pe piston se poate considera practic egală cu presiunea gazului şi atunci se poate scrie:

dxAp=dL (2.3)

unde A este aria secţiunii transversale a cilindrului. Rezultă:

dVp=dL [J] (2.4)

ΔU>0 ΔU<0

L>0

Adx

ΔU>0

L<0

Adx

Fig. 2.1 Interacţiunea mecanică între un sistem închis şi mediul ambiant.

Dacă în sistem se află 1 kg de gaz, lucrul mecanic exterior se notează cu l:

dvp=m

dVp=dl [J/kg] (2.5)

În cazul procesului (a), lucrul mecanic fiind de frecare, procesul este ireversibil.La procesele (b) şi (c) s-a considerat transformarea ca fiind cvasistatică şi deci acestea sunt

reversibile. Expresiile (2.4) şi (2.5) sunt valabile numai pentru procese reversibile.Deoarece lucrul mecanic exterior se referă la o modificare a stării gazului, acesta se mai

numeşte şi lucrul mecanic al transformării.Lucrul mecanic exterior corespunzător modificării de stare de la 1 la 2 este:

Vdp=dL=L21

2112 [J] (2.6)

iar lucrul mecanic exterior masic:

dVp=m

L=l21

1212 [J/kg] (2.7)

Lucrul mecanic exterior produs în cursul transformării cvasisatice 1-2 poate fi reprezentat într-o diagramă având sistemul de axe p-V, prin aria suprafeţei de sub curba de transformare mărginită deordonatele punctelor 1 şi 2 (Fig. 2.2):

2121aria=Vdp=L2112 (2.8)

Deoarece diagrama p-V permite reprezentarea grafică a lucrului mecanic, ea se numeştediagramă mecanică.

Lucrul mecanic exterior depinde de sensul de variaţie a volumului şi anume, dacă dV>0, L12>0(gazul se destinde), iar dacă dV<0, L12<0 (gazul este comprimat).

Dacă transformarea cvasistatică are loc pe un alt traseu (reprezentat cu linie întreruptă) ariasuprafeţei de sub curba de transformare este diferită de cea din situaţia precedentă.

Lucrul mecanic exterior L12 poate fi nul în cazul în care presiunea agentului de lucru este nulă(p=0) şi în cazul unei transformări ce decurge la volum constant (dV=0).

Lucrul mecanic exterior este o mărime care depinde de drumul parcurs, deci nu este o mărime

L12

1

1’

2

2’V dV

p

p

V

dL=p·dV

Fig. 2.2 Lucrul mecanic exterior într-unproces reversibil.

de stare. Această concluzie stă la baza funcţionării maşinilor termice, la care se reproduc în modperiodic anumite stări; prin revenirea la starea iniţială, variaţia tuturor mărimilor de stare este zero, iarlucrul mecanic are o valoare diferită de zero.

Într-o succesiune de transformări lucrul mecanic exterior total reprezintă suma lucrurilormecanice efectuate de fiecare transformare.

3. LUCRUL MECANIC DE DISLOCARE (DEPLASARE)

În cazul sistemelor deschise, pe lângă interacţiunea mecanică de tipul corp mobil/gaz, maiapare o interacţiune mecanică de tipul gaz/gaz. Lucrul mecanic de dislocare (deplasare) reprezintălucrul mecanic necesar pentru deplasarea unui volum de fluid într-o conductă, dintr-o poziţie dată pânăîn altă poziţie, în condiţii de presiune constantă.

În Fig. 3.1 este reprezentată o conductă prin care se deplasează un fluid sub presiune constantăp. Lucrul mecanic necesar pentru a deplasa o cantitate m de fluid care ocupă volumul V, din poziţia I înpoziţia II este:

Vp=xAp=xF=L [J] (3.1)

respectiv pentru o cantitate unitară de fluid:

vp=m

Vp=ld

[J/kg] (3.2)

Acest lucru mecanic este cedat fiecărei tranşe de gaz de către masa de gaz aflată în amonte şicare acţionează ca un piston.

Lucrul mecanic de dislocare reprezintă măsura energetică a interacţiunii, prin transfer de masă,între sistem şi mediul exterior la intrarea (şi respectiv ieşirea) fluidului în sistem.În cazul în care fluidul (agentul termic) intră în sistem, sistemul este acela care primeşte acest lucrumecanic de la mediul exterior; în cazul în care fluidul părăseşte sistemul, mediul exterior este acelacare primeşte acest lucru mecanic (efectuat de sistem).

Lucrul mecanic de dislocare este o mărime de stare, în opoziţie cu lucrul mecanic exterior şieste egal cu produsul a două mărimi de stare.

Lucrul mecanic de dislocare elementar:

I

I

III

p

III

p

A

A

x x

1 2

m V

Fig. 3.1. Interacţiunea gaz/gaz în cazul unui sistem deschis.

vpd=ld d (3.3)sau:

Vpd=Ld d

şi integrat pentru trecerea din starea 1 în starea 2:

vp-vp=vpd 112221 (3.4a)

Vp-Vp=Vpd 112221 (3.4b)

LUCRUL MECANIC TEHNIC

Se consideră o maşină termică motoare. Maşina termică este un sistem deschis (Fig. 3.2) princare trece într-un interval anumit de timp, masa de agent m. Această masă de gaz are la intrarea înmaşină presiunea p1, volumul V1 şi temperatura T1. După admisia în maşină, agentul termic suferă otransformare termodinamică în urma căreia ajunge din starea 1 în starea 2. La evacuarea din maşină,masa m de agent termic are presiunea p2, volumul V2 şi temperatura T2. Lucrul mecanic total pe care îldezvoltă agentul termic în maşină (care include atât lucrul mecanic al transformării de la starea 1 lastarea 2, cât şi lucrul mecanic de dislocare pentru admisia şi evacuarea agentului termic), poartănumele de lucru mecanic tehnic. Agentul de lucru trecând continuu prin maşina termică, şi lucrulmecanic tehnic este produs în mod continuu, spre deosebire de lucrul mecanic exterior.

Lucrul mecanic de dislocare la intrarea în maşină este pozitiv (La=p1V1) în timp ce pentruevacuarea agentului de lucru din maşină se consumă lucru mecanic (Le= -p2V2). Ca urmare, lucrulmecanic tehnic, se exprimă astfel:

VpL+Vp=L+L+L=L 221211e12a12t [J] (3.5)

Din relaţia (3.5) se obţine:

VpVpL=L 112212t12 sau:

dpV=dpVdVpdVp=

=VpddVp=L21

21

21

21

21

21t12

(3.6)

Pentru o masă unitară de gaz, lucrul mecanic tehnic se exprimă:

p1 p2

T1 T2V2V1

1 2

Lt12

M.T.

Fig. 3.2. Maşină termică motoare producătoare delucru mecanic tehnic.

dpv=l21t12 [J/kgK] (3.7)

4. EXPRIMAREA MATEMATICĂ A PRINCIPIULUI I ALTERMODINAMICII PENTRU SISTEME ÎNCHISE.

Se consideră un sistem termodinamic închis în repaus, presupus prima dată izolat faţă demediul înconjurător. În starea iniţială 1, sistemul posedă energia internă U1; în urma unor transformăripetrecute în interiorul sistemului, acesta ajunge într-o altă stare 2 cu energia internă U2. Conform legiiconservării energiei se poate scrie:

0=UU 12 (4.1)

Sistemul fiind izolat nu schimbă energie sub nici o formă cu mediul ambiant, deci energia luiinternă nu variază: ΔU=0.

În continuare se consideră sistemul termodinamic închis, adiabatic. Fie şi în acest caz U1

energia internă iniţială a sistemului, iar U2 energia internă a sistemului după ce i s-a transmis energiesub formă de lucru mecanic din exterior. Creşterea energiei interne în acest caz trebuie să fie egală culucrul mecanic primit, adică:

L=UU 1212 [J] (4.2)

Se consideră, în sfârşit, un sistem termodinamic închis, care schimbă energie cu mediulambiant, între stările 1 şi 2, atât sub formă de căldură, cât şi sub formă de lucru mecanic şi anume,primeşte energie sub aceste forme. În acest caz, creşterea energiei interne a sistemului este egală cuenergia totală primită de sistem:

LQ=UU 121212 [J] (4.3)

Relaţia (4.3) reprezintă expresia matematică a principiului întâi al termodinamicii pentrusisteme închise în repaus. Pentru unitatea de masă se poate scrie:

lq=uu 121212 [J/kg] (4.4)

Pentru un proces termodinamic elementar, variaţia energiei interne a sistemului va fi:

dVpdQ=dLdQ=dU (4.5a)

sau:

dvpdq=dldq=du (4.5b)

Relaţiile (4.3)(4.5) evidenţiază faptul că la interacţiunea unui sistem termodinamic închis cumediul exterior, schimbul de energie sub formă de căldură şi lucru mecanic are ca rezultat variaţiaenergiei interne a sistemului. Sau, altfel spus, energia internă a unui sistem termodinamic închis înrepaus este o funcţie univocă de starea acestuia şi variază numai sub influenţa unor acţiuni externeexercitate asupra sistemului termodinamic.

Dacă sistemul termodinamic închis schimbă şi alte forme de energie cu mediul înconjurător,ele vor produce o variaţie a energiei interne:

i121212 E+LQ=UU [J] (4.6)

unde Ei este suma cantităţilor de energie schimbate.La procesele termodinamice reale apare şi lucrul mecanic de frecare Lf necesar pentru

învingerea frecărilor şi relaţiile (4.5) vor avea forma:

Ld+dLdQ=dU f (4.7a)

ld+dldq=du f (4.7b)

Utilizând relaţia de definiţie a entalpiei, prin diferenţiere se obţine:

Vpd+dU=dI (4.8)

Această relaţie conduce la exprimarea energiei interne sub forma:

VpddI=dU (4.9)

şi care este echivalentă relaţiei (4.5):

dpVdVpdI=VpddI=dVpdQ=dU (4.10)

de unde rezultă o altă expresie matematică pentru principiul I:

dpV+dQ=dI (4.11)sau:

dpv+dq=di (4.12)

Expresiile matematice ale principiului întâi cele mai des utilizate sunt:

Vdp+Ud=Ld+Ud=Qd (4.13a)

dpVdIdLdIdQ t (4.13b)

sau pentru unitatea de masă:

dvp+du=dl+du=dq (4.14a)

dpvdidldidq t (4.14b)

5. EXPRIMAREA MATEMATICĂ A PRINCIPIULUI I ALTERMODINAMICII PENTRU SISTEME DESCHISE.

Se consideră o maşină termică în care, de exemplu, agentul termic primeşte căldură şi producelucru mecanic (Fig. 5.1).

Sistemul este deschis deoarece prin maşină trece în permanenţă un fluid de lucru (agenttermic). Conform legii generale a conservării energiei, notând cu E1 energia agentului la intrarea însistem, cu E2 energia agentului la ieşirea din sistem şi cu Es suma energiilor schimbate cu mediulexterior, se poate scrie, pentru m kg agent de lucru, relaţia:

E=EE s12 [J] (5.1)

Energia totală a agentului de lucru, la intrarea sau la ieşirea din sistem, este formată din sumaenergiilor pe care le posedă agentul în punctele considerate: energia cinetică, energia potenţială şienergia internă.

U+hgm+2wm

E2

[J] (5.2)

În timpul proceselor pe care le suferă în maşină, agentul termic schimbă căldura Q12 cu mediulexterior (suma algebrică a căldurilor primite sau cedate în cursul acestor procese). La intrarea înmaşină, agentul primeşte lucru mecanic de dislocare p1V1 de la fluidul din conducta de admisie, iar laieşirea din maşină el cedează lucrul mecanic de dislocare p2V2 fluidului din conducta de evacuare. Încursul evoluţiei sale în maşină, agentul termic efectuează lucru mecanic tehnic Lt12. În consecinţă,ţinând seama de convenţia de semne utilizată, Es va fi egal cu:

VpVp+LQ=E 221112t12s [J] (5.3)

Înlocuind în relaţia de bilanţ energetic (5.2), rezultă:

M.T. Lt12

Q12

p1, V1, T1

p2, V2, T2

w1

w2

h1

h2

1

2

Fig. 5.1. Maşină termică privită ca un sistemdeschis.

LQ=vp+u+hg+2

wmvp+u+hg+2

wm t12121111

21

2222

22

(5.4)

Utilizând şi relaţia entalpiei, se va putea scrie:

hhgm+2

w-wm+II=LQ 12

21

22

1t1212 2 (5.5)

iar pentru un kilogram de agent termic:

hhg+2

w-w+ii=lq 12

21

22

12t1212 [J/kg] (5.6)

Relaţiile (5.5) şi (5.6) reprezintă expresiile matematice ale principiului I al sistemtermodinamicii pentru sisteme deschise.

Ultimele două relaţii se simplifică simţitor în cazul în care vitezele de intrare şi ieşire aleagentului de lucru sunt aproximativ egale (w1w2). De asemenea, în cazul în care agenţii termici suntgaze, variaţia energiei potenţiale g·(h2-h1) este neglijabilă în comparaţie cu ceilalţi termeni.Considerând ambele simplificări, aceste relaţii iau forma:

L+II=Q 12t1212 [J] (5.7a)

şi:l+ii=q 12t1212 [J/kg] (5.7b)

Pentru procesul termodinamic ce are loc între stările 1 şi 2, se va scrie relaţia:

dpvii=q 211212

Introducând expresia variaţiei de căldură q12 în relaţia (3.51) se va obţine:

hhg2

wwdpv=l 12

21

222

112t

[J/kg] (5.8)

Această ultimă relaţie este folosită ca relaţie de calcul a lucrului mecanic tehnic schimbat cumediul exterior de către un fluid care suferă o transformare dintr-o stare 1 în altă stare 2. Totodată,relaţia evidenţiază faptul că lucrul mecanic tehnic se poate obţine nu numai ca urmare a variaţieimărimilor termice de stare (dp=0) ci şi ca urmare a modificării energiei cinetice şi/sau potenţiale aagentului termic.

6. PROCESE CICLICE

În cadrul studiului transformărilor simple s-a constatat că la destinderea unui gaz se poateobţine lucru mecanic, iar la comprimarea unui gaz se consumă lucru mecanic. Dacă se doreşte să seproducă lucru mecanic în mod periodic este necesar ca gazul să fie readus, după destinderea sa, dinnou în starea iniţială, când se poate relua procesul. Readucerea în starea iniţială nu se poate însăefectua pe acelaşi drum pe care s-a realizat destinderea, deoarece în acest caz întregul lucru mecanicprodus ar fi din nou consumat. În vederea obţinerii de lucru mecanic cu readucerea sistemului în starea

iniţială, readucerea trebuie efectuată pe un drum diferit faţă de transformarea de destindere.Un astfel de proces, prin care se readuce un sistem în starea iniţială, fără ca sistemul să treacă

de două ori prin aceeaşi stare, se numeşte proces ciclic. În urma parcurgerii unui proces ciclic, toatemărimile de stare ale sistemului (p, v, T, u, i) revin la aceeaşi valoare pe care au avut-o în stareainiţială, independent de reversibilitatea sau ireversibilitatea procesului. Procesele ciclice permit, prinurmare, reproducerea periodică a stărilor unui sistem.

Un proces ciclic cu transformări cvasistatice este reprezentat grafic în diagrama p-V printr-ocurbă închisă (fig. 5.1).

Considerând procesul reversibil, aria de sub curba de destindere 1a2, reprezintă lucrul mecanicexterior produs L12, iar aria de sub curba de comprimare 2b1, reprezintă lucrul mecanic exteriorconsumat L21. Aria cuprinsă în interiorul ciclului constituie lucrul mecanic al ciclului L. În timpuldestinderii, gazul primeşte căldura Q, iar de-a lungul comprimării, se evacuează căldura Q0.

Integrând ecuaţiile diferenţiale ale primului principiu pentru întreg ciclul se obţine:

dhgm+2

wdm+dI+dL=dLdU=dQ2

t

Întrucât integrala după un contur închis a unei funcţii de stare este egală cu zero, rezultă:

L=dL=dL=dQ t

Pentru un proces ciclic lucrul mecanic al ciclului este egal cu suma căldurilor schimbate, cusuma lucrurilor mecanice exterioare sau cu suma lucrurilor mecanice tehnice:

L=L=Q=L it

n

1=ii

n

1=ii

n

1=i

unde n este numărul transformărilor din care este format procesul ciclic.În cazul lucrului mecanic ciclic dispare prin urmare diferenţa dintre lucrul mecanic exterior şi

tehnic.Dacă ciclul este parcurs în sensul acelor ceasornicului, lucrul mecanic al ciclului este lucru

mecanic produs şi pozitiv (L12>L21, Q>Q0) iar ciclul se numeşte ciclu motor. Dacă ciclul este parcursîn sens trigonometric, suma lucrurilor mecanice şi a căldurilor este negativă (L12<L21, Q<Q0) şi ciclulse numeşte ciclu generator, fiind un ciclu consumator de lucru mecanic.

În vederea realizării unui proces ciclic este necesară o maşină termică. Maşina termică

b

L

Q

a1

2

p

V0

Q0

V1 V2

Fig. 5.1. Reprezentarea grafică a unuiproces ciclic în diagrama p-V.

reprezintă un sistem termodinamic în care un fluid parcurge un proces ciclic, producând sauconsumând în acest timp lucru mecanic prin transformare din sau în energie termică. Fluidul supusprocesului ciclic din maşină se numeşte mediu sau agent de lucru.

7. CICLUL MOTOR

Dacă un ciclu este parcurs în sensul acelor ceasornicului, lucrul mecanic al ciclului este lucrumecanic produs şi pozitiv (L12>L21, Q>Q0), iar ciclul se numeşte ciclu motor.

Dacă mediul de lucru parcurge un ciclu motor, maşina este o maşină termică motoare, careproduce lucru mecanic consumând o cantitate echivalentă de energie termică sub formă de căldură(ex.: motorul cu ardere internă cu piston, instalaţia de turbină cu gaze sau abur).

În acest caz, mediul de lucru primeşte de la o sursă de energie cu temperatură ridicată,denumită sursă caldă (de exemplu gazele rezultate din arderea unui combustibil), căldura Q. O partedin această energie, transmisă sub formă de căldură, se transformă în lucru mecanic L disponibil laarborele maşinii, iar restul de energie se transmite sub formă de căldură Q0 aşa numitei surse reci (deregulă apa sau aerul mediului ambiant) şi mediul de lucru revine în starea iniţială.

În conformitate cu relaţia L=L=Q=L it

n

1=ii

n

1=ii

n

1=i , se poate scrie bilanţul termic:

Q+Q=L 0 [J]

sau ţinând cont că Q0<0

|Q|Q=L 0 [J] (7.1)

Dacă mărimile din relaţia (6.1) se raportează la masa agentului de lucru m, se obţine lucrulmecanic masic:

|q|q=m

L=l 0 [J/kg] (7.2)

Raportul dintre lucrul mecanic produs de maşină şi energia termică consumată, se numeşterandament termic:

Q

|Q|1=

Q

L= 0

t (7.3)

În cazul în care maşina termică reprezintă un sistem deschis şi se notează cu.

m . debitulagentului termic, puterea maşinii va fi:

|Q|Q=lm=P.

0

..

[W] (7.4)

Cu aceste mărimi randamentul termic poate fi scris:

q

|q|1=

Q

P=

q

l= 0

.t (7.5)

8. CICLUL GENERATOR

Maşinile termice generatoare (maşina frigorifică şi pompa de căldură) funcţionează pe bazaproceselor ciclice generatoare. Dacă ciclul este parcurs în sens trigonometric, suma lucrurilor mecaniceşi a căldurilor este negativă (L12<L21, Q<Q0) şi ciclul se numeşte ciclu generator, fiind un cicluconsumator de lucru mecanic.

În acest caz, mediul de lucru primeşte căldură de la sursa rece şi consumând energie sub formăde lucru mecanic, cedează căldură sursei calde. Scopul acestor maşini nu este deci transformarealucrului mecanic în energie termică, ci transportul energiei termice de la un nivel de temperaturăscăzut la un nivel de temperatură superior, consumând pentru aceasta energie sub formă de lucrumecanic.

Maşina frigorifică extrage căldura Q0 la o temperatură T0, mai mică decât temperaturamediului ambiant Ta, în scopul obţinerii unei temperaturi scăzute într-o anumită încăpere şi cedeazăcăldura Q la temperatura mediului ambiant.

Sarcina pompei termice este aceea de a ceda căldura Q la o temperatură T, mai mare decâttemperatura mediului ambiant Ta, în scopuri de încălzire. Această căldură provine din căldura Q0

(gratuită), extrasă din mediul înconjurător la temperatura Ta şi din lucrul mecanic consumat.Maşina frigorifică şi pompa de căldură nu diferă între ele decât în privinţa domeniului de temperaturila care lucrează, precum şi în privinţa scopului.

Maşina frigorifică lucrează sub temperatura mediului ambiant şi trebuie să extragă căldura Q0;pompa de căldură lucrează la o temperatură mai mare decât cea a mediului ambiant Ta şi trebuie săcedeze căldura Q.

Pentru ambele tipuri de maşini, se poate scrie bilanţul termic:

Q+Q=L 0 sau Q|Q|=|L| 0

ţinându-se cont că în acest caz, atât L cât şi Q sunt mărimi negative.Aprecierea energetică a maşinilor termice generatoare se face cu ajutorul eficienţei ε, care este

raportul dintre căldura utilă şi lucrul mecanic cheltuit pentru transportul acestei călduri.În cazul maşinii frigorifice se obţine:

1Q|Q|

Q=

|L|

Q=

0

00MF

(7.1)

iar în cazul pompei de căldură:

1=Q|Q|

|Q|=

L

Q=

PC0

PC

(7.2)

Pompa de căldură poate servi pentru încălzirea clădirilor. Cu toate că o parte din căldura cedatăQ şi anume Q0 este gratuită, acest sistem de încălzire este economic numai atunci când energiaelectrică (necesară producerii lucrului mecanic) este ieftină, iar preţul combustibilului ridicat.

9. CICLUL CARNOT

La începutul secolului al XIX-lea, Sadi Carnot descrie unul dintre cele mai simple cicluri, care,după cum se va demonstra mai târziu, are cel mai mare randament termic dintre toate ciclurileposibile, funcţionând între aceleaşi temperaturi extreme şi producând acelaşi lucru mecanic. CiclulCarnot este un ciclu reversibil, care se aplică unei maşini termice ideale, neavând nici un fel depierderi şi funcţionând cu un gaz ideal. Acest ciclu nu poate fi realizat practic, servind însă, în multecazuri, drept criteriu de comparaţie pentru ciclurile maşinilor termice reale.

În figura următoare este reprezentat în diagrama p-V, ciclul motor realizat cu această instalaţie.

Gazul este comprimat izotermic (T1=T2=T0) de la presiunea p1 la presiunea p2

2211 vpvp

şi apoi adiabatic de la presiunea p2 la presiunea p3, când temperatura creşte la T3=T.

k33

k22 vpvp

1k23

1k22 vTvT

Din starea 3 gazul se destinde izotermic (T3=T4=T) până la presiunea p4

4433 vpvp şi apoi adiabatic până la starea iniţială.

k11

k44 vpvp

1k11

1k44 vTvT

Cele patru transformări de stare sunt deci două transformări izotermice şi două transformăriadiabatice.

Lucrul mecanic al ciclului este reprezentat de suprafaţa cuprinsă în interiorul ciclului şi poate ficalculat ca suma lucrurilor mecanice tehnice ale celor patru transformări (mediul de lucru va ficonsiderat gaz ideal perfect având deci capacităţi termice masice constante şi se vor neglija variaţiileenergiei cinetice şi potenţiale ale gazului).

L+L+L+L=L 41t34t23t12t

Pentru transformările adiabatice rezultă:

)T(Tcm=L 0p23t şi )T(Tcm=L 0p41t

Întregul lucru mecanic produs de turbina adiabatică este consumat de compresorul adiabatic.Lucrul mecanic obţinut de instalaţie provine numai din diferenţa lucrurilor mecanice izotermice:

V

p

0

q

q0

T=const.

T0=const.1

2

3

4L

p

pTRm=L

2

1012t ln şi

p

pTRm=L

4

334t ln

Aplicând transformărilor 2-3 şi 4-1 legea transformării adiabatice, se obţine:

p

p=

T

T=

T

T

2

3k

1-k

02

3 respectivp

p=

T

T=

T

T

1

4k

1-k

01

4

şi ca urmare:

p

p=

p

p

4

3

1

2

Lucrul mecanic al ciclului va fi prin urmare:

p

p)T(TRm=L+L=L

4

3034t12t ln

Energia consumată sub formă de căldură pentru obţinerea acestui lucru mecanic este:

p

pTRm=L=Q=Q

4

3t34 ln34

şi rezultă randamentul termic al ciclului:

TTT

=Q

L= 0

t

În cinstea lui Carnot, această expresie se notează cu ηC:

TT1= 0

C (8.1)

Ţinând cont de expresia randamentului termic, se constată că în cazul ciclului Carnot raportulcăldurilor schimbate este proporţional cu raportul temperaturilor:

T

T=

|Q|

Q

00

(8.2)

Se observă că randamentul ciclului Carnot este independent de mediul de lucru şi depindenumai de temperaturile celor două rezervoare de energie internă, cu care se face schimbul de căldură.

Această expresie este o nouă dovadă că în natură nu pot exista temperaturi absolute negative;dacă s-ar admite existenţa lor, pentru T0<0C s-ar obţine un randament supraunitar, ceea ce contravineprimului principiu al termodinamicii, fiindcă ar rezulta L>Q, adică un perpetuum mobile de speţaîntâi.

Randamentul termic al ciclului Carnot şi legat de acesta lucrul mecanic obţinut pe baza uneienergii termice date, este cu atât mai mare, cu cât este mai ridicată temperatura T, la care se primeştecăldura Q şi cu cât este mai coborâtă temperatura T0, la care se evacuează căldura q0. Având în vederecă temperatura cea mai coborâtă, la care se poate evacua căldură, este temperatura mediului ambiant,înseamnă că o cantitate însemnată de energie, chiar în cazul ciclului ideal Carnot, nu poate fitransformată în lucru mecanic şi trebuie evacuată spre mediul ambiant.

Ciclul Carnot nu poate fi realizat practic, atât datorită imposibilităţii realizării transformărilorizotermice, cât şi datorită raportului de presiune extrem de ridicat, caracteristic acestui ciclu.

Ciclul Carnot poate fi parcurs şi în sens invers, când se obţine ciclul Carnot generator.

10. CICLUL TEORETIC AL MOTORULUI STIRLING

Motorul Stirling reprezintă o mașină termică cu aer cald cu ciclu închis regenerativ. Din acestpunct de vedere, "ciclu închis" înseamnă că fluidul de lucru este într-un spațiu închis numit sistemtermodinamic, pe când la mașinile cu "ciclu deschis" cum este motorul cu ardere internă și anumitemotoare cu abur, se produce un permanent schimb de fluid de lucru cu sistemul termodinamicînconjurător ca parte a ciclului termodinamic; "regenerativ" se referă la utilizarea unui schimbător decăldură intern care mărește semnificativ randamentul potențial al motorului Stirling.

Un motor Stirling funcționează prin utilizarea unei surse de căldură externe și a unui radiatorde căldură, fiecare din acestea fiind menținut în limite de temperatură prestabilite și o diferență detemperatură suficient de mare între ele.

În procesul de transformare a energiei termice în lucru mecanic, dintre mașinile termicemotorul Stirling poate atinge cel mai mare randament, teoretic până la randamentul maxim al cicluluiCarnot, acesta fiind redus în practică de proprietățile gazului de lucru și a materialelor utilizate(coeficientul de frecare, conductivitatea termică, punctul de topire, rezistența la rupere, deformareaplastică etc). Utilizările se extind de la instalații de pompare a apei, la astronautică și producerea deenergie electrică pe bază de surse bogate de energie incompatibile cu motoarele de ardere internă cumsunt energia solară, resturi vegetale și animaliere, etc.

Gazul din motorul Stirling, asemănător altor mașini termice, parcurge un ciclu format din 4transformări (timpi): încălzire, destindere, răcire și compresie. Ciclul se produce prin mișcarea gazuluiînainte și înapoi între schimbătoarele de căldură cald și rece. Schimbătorul de căldură cald este încontact cu o sursă de căldură externă de exemplu un arzător de combustibil, iar schimbătorul decăldură rece este în legătură cu un radiator extern de exemplu radiator cu aer. O schimbare intervenităîn temperatura gazului atrage după sine modificarea presiunii, în timp ce mișcarea pistonuluicontribuie la compresia și destinderea alternativă a gazului.

Gazul fiind în spațiu închis, la încălzire se va produce o creștere de presiune care va acționaasupra pistonului de lucru cauzând deplasarea acestuia. La răcirea gazului presiunea scade, deci va finevoie de mai puțin lucru mecanic pentru comprimarea lui la deplasarea pistonului în sens invers,rezultând un excedent energie mecanică.

Ciclul Stirling ideal este un ciclu termodinamic cu două izocore și două izoterme. Este ciclultermodinamic cel mai eficient practic realizabil, eficiența sa teoretică egalând-o pe cea ipotetică a unuiciclu Carnot.

Transformările simple care compun ciclul teoretic al motorului Stirling sunt:

1-2 dilatare izotermică (gazul efectuează lucru mecanic asupra mediului).Căldura absorbită Q și lucrul mecanic efectuat L12 sunt legate prin formula:

1

2i12 V

VlnTRmLQ

2-3 răcire izocorică (prin cedare de căldură către regenerator gazul este adus în starea inițială)Căldura cedată se determină cu formula:

3-4 comprimare izotermicăLucrul mecanic necesar modificării volumului L34 este egal cu căldura cedată Q0:

4

30i34 V

VlnTRmLQ

4-1 încălzire izocoricăCăldura absorbită în timpul 2 de către regenerator este cedată gazului:

0v41 TTcmQ

Lucrul mecanic efectuat se exprimă cu relaţia:

0QQL

Unde 2341 QQ reprezintă schimbul de căldură intern cu pistonul de refulare.

Bilanţul termic:

0v23 TTcmQ

Lucrul mecanic util este reprezentat în diagrama p-V de mai sus de suprafața închisă de curbaciclului, pe când în diagrama T-s (entropie-temperatură) ca rezultat al diferenței dintre energia caloricăabsorbită și cea cedată.

Lucrul mecanic util este reprezentat și în bilanțul energetic din schița de ami sus:

energia absorbită = energia cedată

0

0

QQL

LQQ

Utilizând formulele de mai sus pentru Q și Q0 rezultă:

4

30i

1

2i V

VlnTRm

V

VlnTRmL având

pmi

pme

4

3

1

2

V

V

V

V

V

V

Se obține formula pentru lucrul mecanic:

0pmi

pmei TT

V

VlnRmL

Punctul slab al motoarelor Stirling îl reprezintă randamentul. În principiu motoarele Stirling nupot atinge un randament Carnot înalt, deoarece temperatura de lucru maximă este limitată detemperatura sursei calde. În practică gazul de lucru nu poate fi încălzit peste temperatura de 800 K. Laaceste diferențe de temperatură mici randamentul Carnot este de cca 66 % și se situează astfel mult subcel al motoarelor cu ardere internă uzuale.

11. MOTOARE CU ARDERE INTERNĂ. DEFINIŢII. CLASIFICARE

Motorul cu ardere internă cu piston - maşină termică motoare, în care energia chimică acombustibilului se transformă prin arderea acestuia în interiorul cilindrului în energie termicăconţinută în gazele de ardere. O parte din energia termică a gazelor este cedată sub formă de lucrumecanic pistonului şi în continuare arborelui motorului prin intermediul mecanismului bielă-manivelă.

În mişcarea sa alternativă, pistonul realizează următoarele operaţii auxiliare:- umplerea cilindrului cu încărcătură proaspătă, formată din amestec carburant sau din aer;- comprimarea gazului din cilindru;- evacuarea gazelor arse.

Energia necesară realizării acestor operaţii auxiliare este furnizată de volantul motorului,montat pe arbore, care în timpul destinderii gazelor înmagazinează o parte din energia transmisăpistonului. Destinderea gazelor, împreună cu cele trei operaţii auxiliare (umplere, comprimare şievacuare) formează ciclul de funcţionare al motorului.

Motorul cu ardere internă cu piston se compune din:mecanismul motor, format din:

- partea mobilă: biela şi arborele,- partea fixă: cilindrul, chiulasa şi carterul;ansamblul de sisteme auxiliare:- sistemul de distribuţie,- sistemul de alimentare cu combustibil,- sistemul de aprindere,- sistemul de răcire,- sistemul de ungere,- sistemul de pornire,- sistemul de supraalimentare.

Cursa pistonului S - spaţiul parcurs de piston între cele două poziţii extreme punctul mortexterior (p.m.e) şi punctul mort interior (p.m.i)

Cilindree Vs - volumul generat de piston de-a lungul unei curseNotând cu D diametrul (alezajul) cilindrului, rezultă:

Cilindreea totală (litrajul) Vt în cazul motoarelor policilindrice cu i cilindri:

Volumul camerei de ardere sau de comprimare Vc - volumul minim ocupat de gazele dincilindru

mV

=V 3Sa

1

Volumul cilindrului Va - volumul maxim ocupat de fluidul motor în cilindru

Raportul de comprimare ε - raportul dintre volumul maxim şi minim ocupat defluidul motor:

Unghiul de rotaţie al arborelui cotit α RAC - unghiul parcurs de manivelă din momentulcând pistonul se află în p.m.i.

Clasificarea motoarelor cu ardere internă cu piston se face după diferite criterii, cel maiimportant criteriu fiind modul de aprindere al combustibilului:- motoare cu aprindere prin scânteie (motoare Otto), m.a.s, la care aprinderea amestecului carburant(combustibil-aer) se realizează prin producerea unei scântei electrice;- motoare cu aprindere prin comprimare (motoare Diesel), m.a.c, la care combustibilul se injectează lasfârşitul fazei de comprimare a aerului în camera de ardere şi se autoaprinde în contact cu aerulputernic încălzit.

După numărul de timpi τ în care se efectuează ciclul motor se deosebesc:- motoare în patru timpi (τ = 4), la care ciclul motor se realizează de-a lungul a patru curse alepistonului (două rotaţii ale arborelui cotit);- motoare în doi timpi (τ = 2), la care durata de realizare a ciclului motor coincide cu numai două curse

m S4

D=V 32

S

(8.1)

mVi=V 3St (8.2)

V+V=V sca (8.3)

V

V+V=V

V=c

sc

c

a (8.4)

ale pistonului (o rotaţie a arborelui cotit). Atât m.a.s, cât şi m.a.c pot funcţiona în patru sau în doitimpi.

Alte criterii de clasificare a motoarelor cu ardere internă sunt: natura combustibilului,destinaţia motorului, dispoziţia cilindrilor, ş.a.

12. CICLUL TEORETIC AL M.A.S. (CICLUL OTTO).

Deoarece procesele termice din cilindrul motorului, ca de exemplu schimbul de căldură de-alungul ciclului real, procesul de aprindere şi de ardere, ş.a., conduc la calcule termodinamice extrem decomplicate, au fost stabilite cicluri teoretice simplificate, care permit studiul termodinamic alproceselor din motor şi calculul mărimilor de bază ale motorului.

La baza ciclului teoretic al motorului cu aprindere prin scânteie stau următoarele ipotezesimplificatoare:- cilindrul conţine în tot timpul funcţionării motorului acelaşi mediu de lucru, considerat gaz idealperfect cu proprietăţile aerului,- arderea este înlocuită printr-o încălzire izocoră a mediului de lucru,- în locul procesului de evacuare a gazelor arse şi de admisiune a încărcăturii proaspete, se considerăcă mediul de lucru este readus în starea iniţială, în urma destinderii, printr-o răcire izocoră,- procesele de comprimare şi de destindere a gazului au loc de-a lungul unor transformări adiabatice.

În figură este prezentat ciclul de comparaţie, care rezultă pe baza acestor ipoteze, denumit cicluOtto sau Beau de Rochas.

Punctul 1 reprezintă starea gazului la începutul procesului de comprimare, volumul fiind înacest caz V1=Vs+Vc. Mediul de lucru este comprimat de-a lungul adiabatei 1-2 până la atingereavolumului camerei de ardere Vc. Urmează arderea, care are un caracter exploziv şi care se înlocuieşte,după cum s-a arătat, printr-o încălzire izocorică a gazului (transformarea 2-3), când presiunea creşte dela p2 la p3. La întoarcerea pistonului spre punctul mort exterior, gazul se destinde de-a lungul adiabatei3-4. Cedarea căldurii netransformate în lucru mecanic, către mediul exterior, se produce de-a lungulizocorei 4-1 şi astfel gazul revine în starea iniţială.

Suprafaţa închisă în interiorul ciclului în ambele diagrame - lucrul mecanic produs.

Ciclul teoretic al m.a.s în diagramele p-V şi T-s.

Expresia lucrului mecanic produs de ciclul teoretic se poate calcula:

p

p-1

1-kVp

-p

p-1

1-kVp

=|L|-L=L2

1k

1-k

22

2

4k

1-k

331234

adică:

1)-(k

c23 1-1

1-kV)p-p

=L(

[J/ciclu] (8.5)

Randamentul termic al ciclului va fi:

1-T

T

1-T

T

T

T-1=)T-T(cm

)T-T(cm-1=

Q

|Q|-1=

3

1

4

2

1

23v

1v

23

41t

2

4

Întrucât transformările adiabatice 1-2 şi 3-4 se produc cu aceeaşi variaţie de volum, se poatescrie:

T

T=T

TundedeV

V=T

T=T

T

1

21-k

3

4

2

1

2

3

1

4

Ţinând cont de definiţia raportului de comprimare:

V

V=2

1

randamentul termic ia forma:

1-kt

11= (8.6)

Se constată că din punct de vedere teoretic, raportul de comprimare ar trebui să fie cât maimare pentru ca randamentul să fie cât mai bun. În realitate, raportul de comprimare pentru m.a.s. estelimitat de apariţia fenomenului de detonaţie şi variază, în prezent, între valorile 7 şi 9, valoareamaximă fiind ε=10,5.Cu ajutorul lucrului mecanic ciclic L, se poate calcula presiunea medie şi puterea teoretică a motorului:

V

L=p

st (8.7)

30

nLiPt (8.8)

13. CICLUL TEORETIC AL MOTOARELOR CU AUTOAPRINDERE.

Ciclul comparativ al motoarelor cu aprindere prin comprimare, care funcţionează la turaţiimici, se bazează pe aceleaşi ipoteze simplificatoare ca şi ciclul Otto, singura diferenţă fiind aceea căarderea combustibilului este înlocuită printr-o încălzire la presiune constantă a mediului de lucru.Acest ciclu comparativ este reprezentat în fig. 8.3, în diagramele p-V şi T-s.

Din starea 1 mediul de lucru este comprimat adiabatic până la atingerea stării 2, prin deplasareapistonului din p.m.i spre p.m.e. Injecţia şi arderea combustibilului se produce în timp ce pistonuldescrie volumul Vi în drumul său de întoarcere; acest proces apare în ciclul teoretic sub formatransformării izobarice 2-3. Gazele rezultate prin ardere se destind până la atingerea presiunii p4 de-alungul adiabatei 3-4. Evacuarea gazelor din cilindru şi admisiunea aerului proaspăt se înlocuieşte prinrăcirea la volum constant 4-1, astfel încât mediul de lucru revine în starea iniţială.

Energiile schimbate de mediul de lucru sub formă de căldură cu mediul exterior, apar îndiagrama T-s ca suprafeţe cuprinse între curba de transformare şi axa absciselor. Lucrul mecanic estereprezentat prin aria haşurată; expresia lui poate fi calculată uşor, în baza căldurilor schimbate:

)T-T(cm-)T-T(cm=|Q|-Q=L 14v23p4123 [J/ciclu] (8.11)

Randamentul termic al ciclului este dat de relaţia:

T-T

T-Tk

1-1=

)T-T(cm

)T-T(cm-1=

Q

|Q|-1=

23

1

23p

14v

23

41t

4

Expresia randamentului se poate scrie în funcţie de raportul de comprimare:

V

V+V=V

V=c

cS

2

1

şi raportul de injecţie:

V

V+V=V

V=c

ic

2

3 (8.12)

În acest scop, randamentului se exprimă cu relaţia:

Fig.8.3. Ciclul teoretic al motorului diesel lent în diagramele p-V şi T-s.

1-T

TT

T-T

T

T

T

k

1-1=

2

3

2

1

2

3

3

4

t

Pentru adiabatele 1-2 şi 4-3' se poate scrie:

1-k1

2

1-k

3

4

2

1 1=

V

V=T

T=T

T

Se poate exprima:

T

T

T

T=T

T

2

3

3

3

2

3

şi:

=si2

3

2

3

V

V=T

T=V

V=T

T 1-k

2

3

1-k

3

3

Înlocuind aceste relaţii în expresia randamentului, se obţine:

)-(kε-=

k

kt 1

111

1

(8.13)

14. FUNCŢIONAREA MOTORULUI ÎN PATRU TIMPI

Principiul de funcţionare al motorului în patru timpi este prezentat în figură.

Schema unui motor cu funcţionare în patru timpi.

c’

d

Pistonul 1, care glisează în cilindrul motorului 2, este solidarizat cu ajutorul bielei 3 demanivela 4 a arborelui cotit al motorului 5. Cilindrul este închis de chiulasa motorului 6, în care suntdispuse supapa de admisiune 7 şi supapa de evacuare 8, precum şi bujia 9, respectiv injectorul, dupăcum motorul este cu aprindere prin scânteie sau cu autoaprindere. Arborele cotit este susţinut de maimulte lagăre amplasate în carterul motorului 10.

Ciclul de funcţionare al motorului este reprezentat în diagrama p-v. Procesele din motorul înpatru timpi, exceptând arderea, coincid aproximativ cu cursele pistonului: cursa (timpul) de admisiune,comprimare, destindere şi evacuare. Procesul de ardere se desfăşoară parţial în cursa de comprimare(cca. 33%) şi parţial în cursa de destindere.

Timpul întâi:Este convenţional timpul de admisiune, începând din punctul g şi terminându-se în punctul a.

Pistonul se deplasează de la p.m.i la p.m.e.La începutul timpului ambele supape sunt deschise, supapa de evacuare fiind deschisă pentru a

permite evacuarea mai completă a gazelor arse.Intervalul g-îse se mai numeşte intervalul de suprapunere a deschiderii supapelor de admisiune

şi evacuare.Intervalul îse-a conţine doar procesul de admisiune. Din cauza pierderilor gazodinamice, în

special la trecerea prin secţiunea controlată de supapa de admisiune, se înregistrează căderi depresiune care determină presiuni mai mici în cilindru faţă de presiunea mediului ambiant (p<p0).Depresiunea stfel creată determină aspiraţia încărcăturii proaspete care este amestec de aer şi benzinăla m.a.s. şi aer la m.a.c.Timpul al doilea:

Comprimarea începe în a şi se termică în c. Pistonul se deplasează de la p.m.e. la p.m.i. Înintervalul a-îsa, supapa de admisiune ramâne deschisă pentru a majora cantitatea de încărcăturăreţinută în cilindru, având loc pe acest interval, în continuare, procesul de admisiune.

De la îsa la c are loc procesul de comprimare, încărcătura mărindu-şi presiunea şi temperaturadatorită reducerii volumului cilindrului. În c’se produce scânteia la m.a.s. şi injecţia la m.a.c..Presiunea creşte în continuare datorită comprimării pentru ca în d să se producă, datorită arderii şicreşterii sensibile a presiunii, desprinderea curbei de ardere de cea de comprimare.

Arderea se desfăşoară în c-y-t desăvârşindu-se de fapt în timpul destinderii.Comprimarea sintetizează 3 procese: schimbul de gaze, comprimarea propriu-zisă şi arderea.

Timpul al treilea:Reprezintă destinderea care durează din c până în b. Pistonul se deplasează de la p.m.i la p.m.e.Volumul cilindrului creşte în intervalul c-y, presiunea continuând să crească datorită degajării

severe de căldură pe acest domeniu.În punctul y presiunea începe să scadă deoarece căldura degajată nu mai poate compensa

reducerea de presiune determinată de reducerea volumului.Arderea continuă până în punctul t chiar dacă presiunea scade. Arderea se desfăşoară în

totalitatea ei în intervalul c-y-t.Pe intervalul t-dse are loc procesul de destindere propriu-zis.Din dse la b, când supapa de evacuare este deschisă, are loc evacuarea liberă determinată de

diferenţa presiunilor din cilindru şi mediului ambiant.Timpul 3, caracterizat de transformarea căldurii în lucru mecanic, este singurul timp motor,

suprapunându-se trei procedee: arderea, destinderea şi schimbul de gaze (evacuarea).Timpul patru:

Corespunde evacuării care se desfăşoară între b şi g. Pistonul se deplasează de la p.m.e lap.m.i. Supapa de evcuare fiind deschisă, gazele arse sunt refulate de cître piston, având loc evacuareaforţată.

În dsa se deschide supapa de admisiune cu avans faţă de p.m.i, în scopul creşterii cantităţii deîncărcătură reţinută în cilindru, suprapunându-se peste evacuarea forţată. Este începutul procesului de

admisiune.

15. FUNCŢIONAREA MOTORULUI ÎN DOI TIMPI

Motorul în doi timpi a apărut din dorinţa de a se utiliza mai bine timpul procesului de lucru almotoarelor cu ardere internă în patru timpi, unde, la două rotaţii ale arborelui motor revine o singurăcursă producătoare de lucru mecanic, două curse fiind utilizate pentru admisiunea şi evacuareamediului de lucru.

La motoarele în doi timpi, ciclul de funcţionare se realizează în timpul unei singure rotaţii aarborelui motor; fazele de evacuare şi de admisiune nu mai constituie timpi independenţi, ci serealizează la sfârşitul cursei de destindere şi începutul cursei de comprimare.

În figură s-a reprezentat schema unui motor în doi timpi şi ciclul său de funcţionare îndiagrama p-v .

Ca şi motorul în patru timpi, motorul în doi timpi se compune dintr-un cilindru 2, un piston 1şi un mecanism bielă manivelă 3, legat de arborele motorului.

În locul supapelor întâlnite la motorul în patru timpi, motorul în doi timpi posedă lumini debaleiaj 8 (ferestre în peretele cilindrului, în legătură cu colectorul de baleiaj), pentru introducereaîncărcăturii proaspete în cilindru, precum şi lumini de evacuare 6 pentru evacuarea gazelor de ardere.

Deschiderea şi închiderea luminilor de baleiaj şi de evacuare sunt comandate de piston. Închiulasa motorului 4 se află bujia sau injectorul 5.

Schema unui motor cu funcţionare în doi timpi.

Timpul 1.Reprezintă comprimarea, care se desfăşoară în intervalul b-c.Pistonul se deplasează de la p.m.i., în intervalul b-îlb fiind deschise atât ferestrele de baleiaj cât

şi cele de evacuare, interval în care încărcătura proaspătă mai pătrunde în cilindru şi trimite spreevacuare gazele arse.

Pe durata îlb-île, luminile de evacuare sunt încă deschise, evacuându-se pe lângă gazele arse şio parte din încărcătura proaspătă. Postevacuarea astfel înregistrată reprezintă o pierdere a motorului în

2 timpi, atât din punct de vedere al încărcăturii proaspete, cât şi de lucru mecanic.Între île şi c’ are loc procesul de comprimare.În c’ se produce scânteia sau injecţia, intervalul c’-d fiind propriu întârzierii la declanşarea

arderii rapide.Între d şi c, până la sfârşitul comprimării, se manifestă arderea rapidă care se soldează cu

creşterea severă a presiunii.Timpul al doilea, este caracteristic destinderii, pistonul deplasându-se de la p.m.i. la p.m.e., iarvolumul cilindrului creşte.

În intervalul c-y are loc continuarea arderii rapide însoţită de creşterea severă a presiuniidatorită consistenţei căldurii degajate în acest interval.

Arderea continuă şi în destindere în intervalul y-t, degajându-se însă mai puţină căldură.De la t la dle are loc destinderea propriu-zisă caracterizată de transformarea căldurii în lucru mecanic,începută în y.

Pe intervalul dle-dlb are loc evacuarea liberă datorită diferenţelor dintre presiunea din cilindruşi cea din colectorul de evacuare. La începutul evacuării, presiunea este mare (4-6 bar)ceea cedetermină ca cca. 60% din gazele arse să fie evacuate. Ca urmare, presiunea scade rapid în cilindru.

Între dlb şi b are loc evacuarea forţată, gazele arse fiind deplasate cu ajutorul încărcăturiiproaspete care înlocuieşte efectul pistonului din cursa de evacuare forţată din cazul motorului în 4timpi. În acest interval, ambele ferestre sunt deschise. Evacuarea forţată cu ajutorul încărcăturiiproaspete, denumită baleiaj continuă şi în comprimare până în punctul îlb.