i cicli termodinamici: otto diesel otto diesel nota: in questa presentazione i segni del lavoro sono...
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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).
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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
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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
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
Trasformazioni termodinamiche
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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
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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.
Isovolumica con calore fornito
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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
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Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali
Isovolumica con calore sottratto
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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 negativoLavoro utile
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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
prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s. 2000-2001
Lavoro di compressione
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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
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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
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Applicazioni
Motore a combustione interna a quattro tempi
Fasi del motoreMotore Ciclo
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Applicazioni
Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi
Fasi del motoreMotore Ciclo
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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
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Compressione
La miscela viene compressa dal pistone e le valvole rimangono chiuse
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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
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
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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
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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
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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
prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s. 2000-2001
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Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali
Isovolumica con calore sottratto
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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 negativoLavoro utile
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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
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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
)1(k
11
1k
k
= rapporto di compressione v1/v2
b= 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 combustioneCv = calore specifico a volume costante del gas
Cp = calore specifico a pressione costante del gas
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Applicazioni
Motore Diesel a combustione interna a quattro tempi
Fasi del motoreMotore Ciclo
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Applicazioni
Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi
Fasi del motoreMotore Ciclo
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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.
![Page 37: I cicli termodinamici: OTTO DIESEL OTTO DIESEL NOTA: in questa presentazione i segni del lavoro sono quelli utilizzati nella applicazioni della termodinamica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/5542eb57497959361e8c096d/html5/thumbnails/37.jpg)
Combustione
Il combustibile viene polverizzato dall’iniettore ed a contatto con l’aria a temperatura elevata si incendia.
prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s. 2000-2001
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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.