CICLI TERMODINAMICI
description
Transcript of CICLI TERMODINAMICI
Piero Crescini 1
OTTO DIESEL
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
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.
Piero Crescini 4
Il ciclo OTTO
Generalità
Cenni storici
Descrizione ciclo teorico
Lavoro utile
Rendimento
Applicazioni
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
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.
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
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
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
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
Piero Crescini 11
Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali
Isometrica con calore sottratto
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
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
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
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
Piero Crescini 16
Applicazioni
Motore a combustione interna a quattro tempi
Fasi del motoreMotore Ciclo
Piero Crescini 17
Applicazioni
Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi
Fasi del motoreMotore Ciclo
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
Piero Crescini 19
Compressione
La miscela viene compressa dal pistone e le valvole rimangono chiuse
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
Piero Crescini 21
Espansione
La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione l’albero motore
Piero Crescini 22
Scarico
Si apre la valvola di scarico ed il pistone spinge i gas combusti fuori dal cilindro.
Piero Crescini 23
Il ciclo DIESEL
Generalità
Cenni storici
Descrizione ciclo teorico
Lavoro utile
Rendimento
Applicazioni
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
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.
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
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
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
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
Piero Crescini 30
Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali
Isometrica con calore sottratto
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
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
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
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
Piero Crescini 35
Applicazioni
Motore Diesel a combustione interna a quattro tempi
Fasi del motoreMotore Ciclo
Piero Crescini 36
Applicazioni
Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi
Fasi del motoreMotore Ciclo
Piero Crescini 37
Aspirazione
Si apre la valvola di aspirazione, e la depressione creata dal pistone aspira aria
Piero Crescini 38
Compressione
L’ aria viene compressa dal pistone, le valvole rimangono chiuse la pressione e la temperatura aumentano.
Piero Crescini 39
Combustione
Il combustibile viene polverizzato dall’iniettore ed a contatto con l’aria a temperatura elevata si incendia.
Piero Crescini 40
Espansione
La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione l’albero motore
Piero Crescini 41
Scarico
Si apre la valvola di scarico ed il pistone spinge i gas combusti fuori dal cilindro.