Motori endotermici a combustione interna
Primo e secondo principio della termodinamica, legge dei gas perfetti, principali trasformazioni.
Principali tipi di moto
concetto di forza, potenza, lavoro ed energia, formule ad essi relative, saperli calcolare
Unità di misura e conversioni
http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/Physique/
http://pcfarina.eng.unipr.it/dispense02/002.pdf
http://physics.units.it/AllegatiPDF/cprfis0405.pdf
Destinatari
Insegnanti di macchine nelle scuole superiori
Contesto scolastico
Studenti di età compresa tra 14 e 19 anni
Obiettivi
Conoscenze
Sapere i principi teorici di funzionamento dei motori endotermici a combustione interna.
Sapere le modalità di classificazione
Sapere le principali componenti che li caratterizzano e i principi su cui lavorano.
Saperli individuare nella pratica
Sapere come interagiscono tra loro
Sapere come rilevare, di regolazione e le grandezze che caratterizzano le prestazioni
Conoscerne le principali applicazioni
Abilità
Risolvere semplici problemi relativi ai motori e alle loro prestazioni.
Saper tracciare i grafici relativi alle prestazioni.
Riconoscere le diverse forme di energia che esse sfruttano
Capire come le caratteristiche fisiche interagiscono col funzionamento
Obiettivi formativi
Imparare il relativo linguaggio tecnico e la sua funzione in ambito lavorativo.
Imparare a correlare le teorie della fisica alle applicazioni concrete.
Imparare e comprendere la funzione di grafici e calcoli nella pratica.
Introduzione
Il seguente Modulo sviluppa le principali tematiche
legate ai motori termici alternativi e rotanti. La
trattazione descrive le architetture e i principi teorici di
funzionamento dei motori, servendosi dell’analisi dettagliata
dei cicli termodinamici ideale e reale e degli scambi energetici che
essi sono in grado di operare; inoltre affronta la componentistica
applicata sui motori, studiando in particolare 1'alimentazione, la
combustione, la generazione delle prestazioni e le emissioni nocive.
Gli scambi energetici nelle macchine
Tutte le macchine termiche (operatrici o
motrici), a combustione sia interna e sia esterna, basano il loro
funzionamento sulla trasformazione dell'energia termica in meccanica
o viceversa. Nel caso dei motori endotermici, l'energia
chimica posseduta dal combustibile viene trasformata, in seguito alla
combustione, in energia meccanica. Questo fenomeno è
rappresentato dalla seguente formula di sintesi, conseguenza del
primo principio della Termodinamica applicato ad un ciclo chiuso
L = Q
in cui L rappresenta il lavoro
sviluppato dal gas in un ciclo completo, cioè la differenza
fra il lavoro erogato dal sistema ed il lavoro trasmesso al sistema,
mentre Q rappresenta la differenza fra il calore
fornito al sistema ed il calore emesso dal sistema. Il rendimento di
un ciclo è espresso dalla formula:
h=
L / Q1
= (Q1-Q0)
/ Q1
= 1-Q0
/ Q1
come rapporto fra il lavoro L
sviluppato dal gas in un ciclo completo ed il calore fornito Q1;
in modo del tutto analogo, il rendimento può essere espresso
anche come rapporto fra la differenza fra i valori assoluti dei
calori scambiati Q1 entrante e
Q0 uscente e il calore
introdotto Q1:
Le macchine termiche a combustione interna
Nelle macchine termiche motrici a combustione
interna, conosciute come motori endotermici, la combustione
del fluido introdotto, formato da combustibile e comburente, avviene
all'interno dell'impianto motore. In seguito alla combustione,
l'energia chimica del combustibile si trasforma in energia di
pressione e di temperatura; in tempi molto brevi si è quindi
generato internamente al motore un fluido ad alta entalpia, la cui
energia di pressione e la cui temperatura sono trasferite all'organo
mobile; una parte del calore generato viene dispersa nell'ambiente e
non può essere impiegata per produrre lavoro.
Si definisce carica dei gas freschi la
miscela aria-combustibile introdotta all'interno del motore per
eseguire un ciclo completo.
Si definisce fluido operativo l'insieme
dei prodotti della combustione; essi costituiscono un fluido ad alta
entalpia, agente sull’organo meccanico mobile interno al
motore.
Nei motori endotermici l'organo mobile è
il gruppo di elementi sui quali il fluido operativo trasferisce
l'energia sviluppata in seguito alla sua combustione, operando in tal
modo la trasformazione dell'energia di temperatura e di pressione in
energia meccanica.
Nel caso del motore alternativo 1'organo mobile è il
pistone, nel caso del motore rotante a turbina è la paletta.
Lo schema a blocchi rappresentato nella figure 2 descrive il principio di funzionamento
dei motori endotermici, alternative e rotanti.
L'energia in ingresso è costituita dall'energia chimica
posseduta dal combustibile; è un'energia di tipo potenziale,
che viene trasformata in energia termica in seguito alla combustione
con l'aria. I gas combusti subiscono un forte incremento di
temperature e di pressione. Nei motori endotermici alternative
l'organo mobile è costituito da un pistone montato su una
biella, imperniata su un albero a manovelle; il pistone è
animato da un moto rettilineo alternativo. Una variante del sistema
biella-manovella è il motore Wankel a pistone rotante.
http://ulisse.polito.it/matdid/1ing_ele_du_AE027_AL_0/mot_alt1.pdf
http://inter.action.free.fr/images/affiches/junkers-jumo.gif
Indice analitico
Cinematica
Costituzione e funzionamento
C) Classificazione
Ciclo operativo
Tipo di accensione
D) Componenti
E) Sistemi di alimentazione e regolazione
F) Prestazioni Motori
di
