I cicli termodinamici: OTTO DIESEL OTTO DIESEL Classe IV T.S.E. a.s prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s Presentazione del progetto

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

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

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

Generalità il ciclo Otto è un ciclo di trasformazioni termodinamiche effettuate su un gas con lo scopo di trasformare ENERGIA TERMICA in ENERGIA MECCANICA prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

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 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 pi ù 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. prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

Descrizione ciclo teorico 1)1-2 adiabatica di compressione1-2 adiabatica di compressione 2)2-3 isometrica in cui si fornisce calore2-3 isometrica 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

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

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. Isometrica con calore fornito prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

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

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

Lavoro utile Il 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 espansionelavoro di compressione Lavoro utile prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

Il 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 espansionelavoro di compressione Lavoro utile prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s Lavoro di compressione

Il 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 espansionelavoro di compressione Lavoro utile prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s Lavoro di espansione

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

Applicazioni Motore a combustione interna a quattro tempi Fasi del motore MotoreMotore CicloCiclo prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

Applicazioni Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi Fasi del motore MotoreMotore CicloCiclo prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

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

Compressione La miscela viene compressa dal pistone e le valvole rimangono chiuse prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

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

Espansione La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione l’albero motore prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Lavoro utile Il 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 espansionelavoro di compressione Lavoro utile prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

Lavoro utile prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s Il 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 espansionelavoro di compressione Lavoro di compressione

Lavoro utile prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s Il 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 espansionelavoro di compressione Lavoro di espansione

Rendimento  = rapporto di compressione v 1 /v 2  = 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 prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

Applicazioni Motore Diesel a combustione interna a quattro tempi Fasi del motore MotoreMotore CicloCiclo prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

Applicazioni Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi Fasi del motore prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s MotoreMotore CicloCiclo

Aspirazione Si apre la valvola di aspirazione, e la depressione creata dal pistone aspira aria prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

Compressione L’ aria viene compressa dal pistone, le valvole rimangono chiuse la pressione e la temperatura aumentano. prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

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

Espansione La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione l’albero motore prof. Massimo Capone classe IV T.S.E. a.s

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