CICLI TERMODINAMICI

41
Piero Crescini 1 OTTO D IESEL CICLI TERMODINAMICI

description

CICLI TERMODINAMICI. OTTO D IESEL. Obiettivi. Presentare in modo sintetico ed efficace i concetti base relativi ai cicli termodinamici OTTO e DIESEL Organizzare e realizzare con strumenti multimediali una presentazione interattiva che illustri gli argomenti principali. Contenuti. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of CICLI TERMODINAMICI

Page 1: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 1

OTTO DIESEL

CICLI TERMODINAMICI

Page 2: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 2

Obiettivi

• Presentare in modo sintetico ed efficace i concetti base relativi ai cicli termodinamici OTTO e DIESEL

• Organizzare e realizzare con strumenti multimediali una presentazione interattiva che illustri gli argomenti principali

Page 3: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 3

ContenutiSono stati individuati i seguenti elementi caratterizzanti il tema trattato.

Generalità: Vengono esposte le finalità del processo fisico di un ciclo termodinamico

Cenni storici: Una rapida escursione storica per capire chi e quando ha iniziato ad interessarsi dell’argomento.

Descrizione: Rappresentazione in sequenza delle fasi sul diagramma pressioni volumi specifici

Lavoro utile: Visualizzazione dei lavori eseguiti dal ciclo.

Rendimento: Espressione del rendimento con definizione dei parametri.

Applicazioni: Funzionamento di un motore legato al ciclo teorico.

Page 4: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 4

Il ciclo OTTO

Generalità

Cenni storici

Descrizione ciclo teorico

Lavoro utile

Rendimento

Applicazioni

Page 5: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 5

Generalità

il ciclo Otto è un ciclo di trasformazioni termodinamiche effettuate su un gas con lo scopo di trasformare

ENERGIA TERMICA in ENERGIA MECCANICA

Page 6: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 6

Cenni storici

Otto, Nikolaus August

(Holzhausen 1832 - Colonia 1891), ingegnere tedesco, inventore del primo motore a combustione interna a quattro tempi, che funzionava secondo un ciclo teorico che prese il nome da lui.

Dopo aver condotto una serie di ricerche sul funzionamento del motore a gas illuminante inventato da Etienne Lenoir, Otto si dedicò alla realizzazione di esperimenti sui motori a combustione interna. Assieme all’ingegner Eugen Langen, fondò una ditta che nel 1866 produsse il primo modello di motore monocilindrico a due tempi, che presentava un consumo molto più basso di quello del motore di Lenoir. Dopo ulteriori ricerche, nel 1876 Otto e Langen presentarono un motore a quattro tempi, noto anche come motore a ciclo Otto, che riscosse grande successo e, nella nascente industria automobilistica, divenne il modello base per la maggior parte dei motori a combustione interna.

Page 7: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 7

Descrizione ciclo teorico

1) 1-2 adiabatica di compressione

2) 2-3 isometrica in cui si fornisce calore

3) 3-4 adiabatica di espansione

4) 4-1 isometrica in cui si sottrae calore ritornando alle condizioni iniziali

Trasformazioni termodinamiche

Page 8: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 8

Si comprime il gas senza scambi di calore, la temperatura e la pressione del gas aumentano.

Il lavoro di compressione va quindi ad aumentare l’energia interna del gas.

Adiabatica di compressione

Page 9: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 9

Si fornisce calore al gas mantenendo il volume costante la temperatura e la pressione del gas aumentano.

L’energia termica fornita va ad incrementare l’energia interna del gas.

Isometrica con calore fornito

Page 10: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 10

Il gas si espande senza scambi di calore la temperatura e la pressione del gas diminuiscono.

L’energia interna precedentemente accumulata viene trasformata in lavoro meccanico.

Adiabatica di espansione

Page 11: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 11

Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali

Isometrica con calore sottratto

Page 12: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 12

Lavoro utile

Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dall’area interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo

Lavoro utile

Page 13: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 13

Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dall’area interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo

Lavoro utile

Lavoro di compressione

Page 14: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 14

Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dall’area interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo

Lavoro utile

Lavoro di espansione

Page 15: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 15

Rendimento

1k

11

= rapporto di compressione v1/v2

k = rapporto Cp/Cv

Il rendimento del ciclo OTTO è dato dalla seguente formula

v1 = volume inizio compressione

v2 = volume fine compressione

Cv = calore specifico a volume costante del gas

Cp = calore specifico a pressione costante del gas

Page 16: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 16

Applicazioni

Motore a combustione interna a quattro tempi

Fasi del motoreMotore Ciclo

Page 17: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 17

Applicazioni

Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi

Fasi del motoreMotore Ciclo

Page 18: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 18

Aspirazione

Si apre la valvola di aspirazione, e la depressione creata dal pistone aspira la miscela di gas combustibile formata da carburante ed aria in proporzioni stechiometriche

Page 19: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 19

Compressione

La miscela viene compressa dal pistone e le valvole rimangono chiuse

Page 20: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 20

Combustione

La scintilla generata dalla candela innesca la combustione che si propaga con rapidità a tutta la massa della miscela.

La pressione raggiunge valori elevati

Page 21: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 21

Espansione

La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione l’albero motore

Page 22: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 22

Scarico

Si apre la valvola di scarico ed il pistone spinge i gas combusti fuori dal cilindro.

Page 23: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 23

Il ciclo DIESEL

Generalità

Cenni storici

Descrizione ciclo teorico

Lavoro utile

Rendimento

Applicazioni

Page 24: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 24

Generalità

il ciclo Diesel fa parte di quei cicli di trasformazioni termodinamiche effettuate su un gas in modo da convertire

ENERGIA TERMICA in ENERGIA MECCANICA

Page 25: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 25

Cenni storici

Rudolf Diesel

(Parigi 1858 – Canale della Manica 1913), ingegnere tedesco; inventò il motore che funzionava secondo un ciclo teorico che prese il nome da lui. Dopo aver studiato in Gran Bretagna, frequentò la Scuola politecnica di Monaco, dove si stabilì nel 1893. L'anno precedente aveva brevettato un motore a combustione interna, il motore diesel, che sfruttava l'autoaccensione del combustibile. In associazione con la ditta Krupp di Essen, costruì il primo motore diesel di uso pratico, utilizzando un combustibile a basso costo. Nel 1913, mentre si recava in Gran Bretagna, cadde in mare durante la traversata della Manica e annegò.

Page 26: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 26

Descrizione ciclo teorico

1) 1-2 adiabatica di compressione

2) 2-3 isobara in cui si fornisce calore

3) 3-4 adiabatica di espansione

4) 4-1 isometrica in cui si sottrae calore ritornando alle condizioni iniziali

Trasformazioni termodinamiche

Page 27: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 27

Si comprime il gas senza scambi di calore, la temperatura e la pressione del gas aumentano.

Il lavoro di compressione va quindi ad aumentare l’energia interna del gas.

Adiabatica di compressione

Page 28: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 28

Si fornisce calore al gas mantenendo la pressione costante la temperatura ed il volume del gas aumentano.

L’energia termica fornita va ad incrementare l’energia interna del gas e contemporaneamente fornisce lavoro.

Isobara con calore fornito

Page 29: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 29

Il gas si espande senza scambi di calore la temperatura e la pressione del gas diminuiscono.

L’energia interna precedentemente accumulata viene trasformata in lavoro meccanico.

Adiabatica di espansione

Page 30: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 30

Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali

Isometrica con calore sottratto

Page 31: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 31

Lavoro utile

Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dall’area interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo

Lavoro utile

Page 32: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 32

Lavoro utile

Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dall’area interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo

Lavoro di compressione

Page 33: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 33

Lavoro utile

Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dall’area interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo

Lavoro di espansione

Page 34: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 34

Rendimento

)1(k

11

1k

k

= rapporto di compressione v1/v2

= rapporto di combustione v3/v2

k = rapporto Cp/Cv

Il rendimento del ciclo DIESEL è dato dalla seguente formula

v1 = volume inizio compressione

v2 = volume fine compressione

v3 = volume di fine combustione

Cv = calore specifico a volume costante del gas

Cp = calore specifico a pressione costante del gas

Page 35: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 35

Applicazioni

Motore Diesel a combustione interna a quattro tempi

Fasi del motoreMotore Ciclo

Page 36: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 36

Applicazioni

Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi

Fasi del motoreMotore Ciclo

Page 37: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 37

Aspirazione

Si apre la valvola di aspirazione, e la depressione creata dal pistone aspira aria

Page 38: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 38

Compressione

L’ aria viene compressa dal pistone, le valvole rimangono chiuse la pressione e la temperatura aumentano.

Page 39: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 39

Combustione

Il combustibile viene polverizzato dall’iniettore ed a contatto con l’aria a temperatura elevata si incendia.

Page 40: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 40

Espansione

La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione l’albero motore

Page 41: CICLI TERMODINAMICI

Piero Crescini 41

Scarico

Si apre la valvola di scarico ed il pistone spinge i gas combusti fuori dal cilindro.