CICLI TERMODINAMICI

1. CICLI TERMODINAMICI OTTO DIESEL 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. 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. 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 Trasformazioni termodinamiche • 1-2 adiabatica di compressione • 2-3 isometrica in cui si fornisce calore • 3-4 adiabatica di espansione • 4-1 isometrica in cui si sottrae calore ritornando alle condizioni iniziali Piero Crescini

8. 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

9. 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

10. 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

11. Isometrica con calore sottratto Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali 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. 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 Piero Crescini

14. Lavoro di espansione 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 Piero Crescini

15. Rendimento Il rendimento del ciclo OTTO è dato dalla seguente formula v1 = volume inizio compressione v2 = volume fine compressione • = rapporto di compressione v1/v2 • k = rapporto Cp/Cv Cv = calore specifico a volume costante del gas Cp = calore specifico a pressione costante del gas Piero Crescini

16. Applicazioni MotoreCiclo Fasi del motore Motore a combustione interna a quattro tempi Piero Crescini

17. Applicazioni MotoreCiclo Fasi del motore Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi 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. Generalità • Cenni storici • Descrizione ciclo teorico • Lavoro utile • Rendimento • Applicazioni Il ciclo DIESEL 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 • RudolfDiesel • (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 Trasformazioni termodinamiche • 1-2 adiabatica di compressione • 2-3 isobara in cui si fornisce calore • 3-4 adiabatica di espansione • 4-1 isometrica in cui si sottrae calore ritornando alle condizioni iniziali Piero Crescini

27. 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

28. 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. Piero Crescini

29. 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

30. Isometrica con calore sottratto Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali 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 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 Piero Crescini

33. Lavoro di espansione 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 Piero Crescini

34. Rendimento Il rendimento del ciclo DIESEL è dato dalla seguente formula • = rapporto di compressione v1/v2 b= rapporto di combustione v3/v2 • k = rapporto Cp/Cv 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 MotoreCiclo Fasi del motore Motore Diesel a combustione interna a quattro tempi Piero Crescini

36. Applicazioni MotoreCiclo Fasi del motore Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi 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. Piero Crescini