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I cicli termodinamici: OTTO DIESEL OTTO DIESEL NOTA: in questa presentazione i segni del lavoro sono quelli utilizzati nella applicazioni della termodinamica.

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1 I cicli termodinamici: OTTO DIESEL 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).

2 Il ciclo OTTO Generalità Cenni storici Descrizione ciclo teorico Lavoro utile Rendimento Applicazioni

3 Generalità il ciclo Otto è un ciclo di trasformazioni termodinamiche effettuate su un gas con lo scopo di trasformare ENERGIA TERMICA in ENERGIA MECCANICA

4 Cenni storici Otto, Nikolaus August ( Holzhausen 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 allingegner 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.

5 Descrizione ciclo teorico 1)1-2 adiabatica di compressione1-2 adiabatica di compressione 2)2-3 isovolumica in cui si fornisce calore2-3 isovolumica in cui si fornisce calore 3)3-4 adiabatica di espansione3-4 adiabatica di espansione 4)4-1 isovolumica in cui si sottrae calore ritornando alle condizioni iniziali4-1 isovolumica in cui si sottrae calore ritornando alle condizioni iniziali Trasformazioni termodinamiche

6 Si comprime il gas senza scambi di calore, la temperatura e la pressione del gas aumentano. Il lavoro di compressione va quindi ad aumentare lenergia interna del gas. Adiabatica di compressione

7 Si fornisce calore al gas mantenendo il volume costante la temperatura e la pressione del gas aumentano. Lenergia termica fornita va ad incrementare lenergia interna del gas. Isovolumica con calore fornito

8 Il gas si espande senza scambi di calore la temperatura e la pressione del gas diminuiscono. Lenergia interna precedentemente accumulata viene trasformata in lavoro meccanico. Adiabatica di espansione

9 Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali Isovolumica con calore sottratto

10 Lavoro utile Il lavoro utile Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dallarea interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo lavoro di espansionelavoro di compressione Lavoro utile

11 Il lavoro utile Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dallarea interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo lavoro di espansionelavoro di compressione Lavoro utile prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s Lavoro di compressione

12 Il lavoro utile Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dallarea interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo lavoro di espansionelavoro di compressione Lavoro utile Lavoro di espansione

13 Rendimento = rapporto di compressione v 1 /v 2 k = rapporto Cp/Cv Il rendimento del ciclo OTTO è dato dalla seguente formula v 1 = volume inizio compressione v 2 = volume fine compressione Cv = calore specifico a volume costante del gas Cp = calore specifico a pressione costante del gas

14 Applicazioni Motore a combustione interna a quattro tempi Fasi del motore MotoreMotore CicloCiclo

15 Applicazioni Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi Fasi del motore MotoreMotore CicloCiclo

16 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

17 Compressione La miscela viene compressa dal pistone e le valvole rimangono chiuse

18 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

19 Espansione La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione lalbero motore

20 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

21 Il ciclo DIESEL Generalità Cenni storici Descrizione ciclo teorico Lavoro utile Rendimento Applicazioni prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

22 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

23 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 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. prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

24 Descrizione ciclo teorico 1)1-2 adiabatica di compressione1-2 adiabatica di compressione 2)2-3 isobara in cui si fornisce calore2-3 isobara in cui si fornisce calore 3)3-4 adiabatica di espansione3-4 adiabatica di espansione 4)4-1 isometrica in cui si sottrae calore ritornando alle condizioni iniziali4-1 isometrica in cui si sottrae calore ritornando alle condizioni iniziali Trasformazioni termodinamiche prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

25 Si comprime il gas senza scambi di calore, la temperatura e la pressione del gas aumentano. Il lavoro di compressione va quindi ad aumentare lenergia interna del gas. Adiabatica di compressione

26 Si fornisce calore al gas mantenendo la pressione costante la temperatura ed il volume del gas aumentano. Lenergia termica fornita va ad incrementare lenergia interna del gas e contemporaneamente fornisce lavoro. Isobara con calore fornito

27 Il gas si espande senza scambi di calore la temperatura e la pressione del gas diminuiscono. Lenergia interna precedentemente accumulata viene trasformata in lavoro meccanico. Adiabatica di espansione prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

28 Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali Isovolumica con calore sottratto prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

29 Lavoro utile Il lavoro utile Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dallarea interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo lavoro di espansionelavoro di compressione Lavoro utile

30 Il lavoro utile Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dallarea interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo lavoro di espansionelavoro di compressione Lavoro di compressione

31 Lavoro utile Il lavoro utile Il lavoro utile del ciclo è rappresentato dallarea interna al ciclo, ed è il risultato della differenza fra il lavoro di espansione positivo con il lavoro di compressione negativo lavoro di espansionelavoro di compressione Lavoro di espansione

32 Rendimento = rapporto di compressione v 1 /v 2 b= rapporto di combustione v 3 /v 2 k = rapporto Cp/Cv Il rendimento del ciclo DIESEL è dato dalla seguente formula v 1 = volume inizio compressione v 2 = volume fine compressione v 3 = volume di fine combustione Cv = calore specifico a volume costante del gas Cp = calore specifico a pressione costante del gas

33 Applicazioni Motore Diesel a combustione interna a quattro tempi Fasi del motore MotoreMotore CicloCiclo

34 Applicazioni Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi Fasi del motore MotoreMotore CicloCiclo

35 Aspirazione Si apre la valvola di aspirazione, e la depressione creata dal pistone aspira aria

36 Compressione L aria viene compressa dal pistone, le valvole rimangono chiuse la pressione e la temperatura aumentano.

37 Combustione Il combustibile viene polverizzato dalliniettore ed a contatto con laria a temperatura elevata si incendia. prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

38 Espansione La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione lalbero motore

39 Scarico Si apre la valvola di scarico ed il pistone spinge i gas combusti fuori dal cilindro.


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