I cicli termodinamici:
OTTO
DIESEL
NOTA: in questa presentazione i segni del lavoro sono quelli
utilizzati nella applicazioni della termodinamica (Lavoro
positivo se uscente e negativo se entrante nel sistema).
Il ciclo OTTO
Generalità
Cenni storici
Descrizione ciclo teorico
Lavoro utile
Rendimento
Applicazioni
Generalità
il ciclo Otto è un ciclo di trasformazioni
termodinamiche effettuate su un gas con lo
scopo di trasformare
ENERGIA TERMICA in ENERGIA
MECCANICA
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.
Descrizione ciclo teorico
Trasformazioni termodinamiche
1) 1-2 adiabatica di
compressione
2) 2-3 isovolumica in
cui si fornisce calore
3) 3-4 adiabatica di
espansione
4) 4-1 isovolumica in cui
si sottrae calore
ritornando alle
condizioni iniziali
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.
Isovolumica 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.
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.
Isovolumica con calore sottratto
Il gas viene raffreddato a
volume costante e
riportato alle condizioni
iniziali
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
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
prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s. 2000-2001
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
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
Applicazioni
Motore Ciclo
Motore a combustione
interna a quattro
tempi
Fasi del motore
Applicazioni
Motore Ciclo
Ciclo reale di un
motore a combustione
interna a quattro
tempi
Fasi del motore
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
Compressione
La miscela viene
compressa dal pistone
e le valvole rimangono
chiuse
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
Espansione
La pressione elevata
spinge il pistone verso il
basso, che attraverso la
biella mette in rotazione
l’albero motore
Scarico
Si apre la valvola di
scarico ed il pistone
spinge i gas combusti
fuori dal cilindro.
prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s. 2000-2001
Il ciclo DIESEL
prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s. 2000-2001
Generalità
Cenni storici
Descrizione ciclo teorico
Lavoro utile
Rendimento
Applicazioni
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
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
prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s. 2000-2001
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.
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.
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.
prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s. 2000-2001
Isovolumica 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
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
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
Rendimento
Il rendimento del ciclo DIESEL è dato
dalla seguente formula
k 1
1 k 1
k ( 1)
= rapporto di compressione v1/v2
v1 = volume inizio compressione
b= rapporto di combustione v3/v2
v3 = volume di fine combustione
k = rapporto Cp/Cv
v2 = volume fine compressione
Cv = calore specifico a volume costante del gas
Cp = calore specifico a pressione costante del gas
Applicazioni
Motore Ciclo
Motore Diesel a combustione
interna a quattro tempi
Fasi del motore
Applicazioni
Motore Ciclo
Ciclo reale di un motore a combustione
interna a quattro tempi
Fasi del motore
Aspirazione
Si apre la valvola di
aspirazione, e la
depressione creata dal
pistone aspira aria
Compressione
L’ aria viene compressa dal
pistone, le valvole
rimangono chiuse la
pressione e la
temperatura aumentano.
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
Scarico
Si apre la valvola di
scarico ed il pistone
spinge i gas combusti
fuori dal cilindro.
