CICLI TERMODINAMICI
OTTO
DIESEL
Piero Crescini
1
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
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Contenuti
Sono 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.
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Il ciclo OTTO
Generalità
Cenni storici
Descrizione ciclo teorico
Lavoro utile
Rendimento
Applicazioni
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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
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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.
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Descrizione ciclo teorico
Trasformazioni termodinamiche
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
Piero Crescini
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Adiabatica di compressione
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.
Piero Crescini
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Isometrica con calore fornito
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.
Piero Crescini
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Adiabatica di espansione
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.
Piero Crescini
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Isometrica con calore sottratto
Il gas viene raffreddato a
volume
costante
e
riportato alle condizioni
iniziali
Piero Crescini
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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
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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 compressionePiero Crescini
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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
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Rendimento
Il rendimento del ciclo OTTO è dato
dalla seguente formula
1
1 k 1
= rapporto di compressione v1/v2
k = rapporto Cp/Cv
v1 = volume inizio compressione
v2 = volume fine compressione
Cv = calore specifico a volume costante del gas
Cp = calore specifico a pressione costante del gas
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Applicazioni
Motore Ciclo
Fasi del motore
Motore a combustione
interna a quattro tempi
Piero Crescini
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Applicazioni
Motore Ciclo
Fasi del motore
Ciclo reale di un motore
a combustione interna a
quattro tempi
Piero Crescini
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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
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Compressione
La miscela viene compressa
dal pistone e le valvole
rimangono chiuse
Piero Crescini
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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
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Espansione
La pressione elevata
spinge il pistone verso il
basso, che attraverso la
biella mette in rotazione
l’albero motore
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Scarico
Si apre la valvola di
scarico ed il pistone
spinge i gas combusti
fuori dal cilindro.
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Il ciclo DIESEL
Generalità
Cenni storici
Descrizione ciclo teorico
Lavoro utile
Rendimento
Applicazioni
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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
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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.
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Descrizione ciclo teorico
Trasformazioni termodinamiche
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
Piero Crescini
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Adiabatica di compressione
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.
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Isobara con calore fornito
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.
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Adiabatica di espansione
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.
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Isometrica con calore sottratto
Il gas viene raffreddato a
volume costante e
riportato alle condizioni
iniziali
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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
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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
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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
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Rendimento
Il rendimento del ciclo DIESEL è dato
dalla seguente formula
k 1
1 k 1
k( 1)
= rapporto di compressione v1/v2
= rapporto di combustione v3/v2
v1 = volume inizio compressione
v2 = volume fine compressione
v3 = volume di fine combustione
k = rapporto Cp/Cv
Cv = calore specifico a volume costante del gas
Cp = calore specifico a pressione costante del gas
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Applicazioni
Motore Ciclo
Fasi del motore
Motore Diesel a combustione
interna a quattro tempi
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Applicazioni
Motore Ciclo
Fasi del motore
Ciclo reale di un motore a
combustione interna a quattro tempi
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Aspirazione
Si apre la valvola di
aspirazione, e la
depressione creata dal
pistone aspira aria
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Compressione
L’ aria viene compressa dal
pistone, le valvole
rimangono chiuse la
pressione e la temperatura
aumentano.
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Combustione
Il combustibile viene
polverizzato dall’iniettore
ed a contatto con l’aria a
temperatura elevata si
incendia.
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Espansione
La pressione elevata
spinge il pistone verso il
basso, che attraverso la
biella mette in rotazione
l’albero motore
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Scarico
Si apre la valvola di
scarico ed il pistone
spinge i gas combusti
fuori dal cilindro.
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