ISTITUTO SUPERIORE DI ISTRUZIONE AGRARIA “DUCA DEGLI ABRUZZI”

Corso di Meccanica agrariaper la sezione tecnica

Cosa serve all’agricoltura moderna?

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IMPRENDITORIALE

CAPITALE

LAVORO

FATTORI DELLA PRODUZIONE

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LAVORO• DEFINIZIONE: il lavoro in meccanica è l'energia

che si deve spendere (o che si guadagna) quando una forza F sposta il suo punto di applicazione della distanza S:

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LAVORI AGRICOLI “PRIMA”

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LAVORI AGRICOLI “ADESSO”

Servono macchine agricole moderne azionate da moderne trattrici

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LA TRATTRICE SERVE A:

• AZIONARE ATTREZZI ADEGUATI A SVOLGERE LAVORI SPECIFICI,

• CON DIFFERENTE INTENSITA’,• IN LUOGHI DIVERSI,• IN MOMENTI SUCCESSIVI.

Cioè: SI SPOSTA e TIRA,

SOLLEVA o INTERRA,AZIONA ALTRE MACCHINE.18:16

CIOE’ALLA TRATTRICE SERVE POTENZA• Per poterla “cedere” alle macchine agricole

durante l’esecuzione dei lavori in campagna. A tal fine la potenza viene erogata in “modo” da poterla gestire facilmente:

Moto rettilineoMoto rotatorio

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POTENZA

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POTENZA NEL MOTO RETTILINEO =e= ROTATORIO

P=F*v cioè

F*s/t =e= 2Mn• P = Potenza [Watt; W]• L = Lavoro [Joule; J]• t = tempo [secondi; s]• v = velocità [metri/secondo; m/s]• M = Momento [Newton metri; Nm]• n = numero giri [giri/s]

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COSA EROGA LA POTENZA?

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IL MOTORE• In filosofia, è l'ente che causa il movimento o il

cambiamento di altri enti ad esso collegati.• In fisica è una macchina capace di trasformare

una sorgente di energia, che può essere in forma chimica, elettrica o termica, in una energia meccanica o lavoro meccanico continui.

• TUTTI i motori, di qualunque genere siano, sono soggetti alle leggi della termodinamica, e dunque forniranno un lavoro totale minore dell'energia contenuta nella sorgente di energia consumata.

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I MOTORI TERMICI

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Sotto la denominazione "motori termici" si comprendono tutte quelle macchine che sono atte a trasformare in lavoro meccanico l'energia termica ottenuta da una combustione. Tale “trasformazione” avviene sfruttando l’azione del fluido riscaldato dalla combustione che funge da vettore energetico (fluido attivo) per la produzione di lavoro (solitamente meccanico).Ad es.: le turbine a gas, i motori a benzina o a gasolio, i motori a vapore, …18:16

CLASSIFICAZIONE DEI MOTORI TERMICI

• ESOTERMICI: motori a combustione esterna nei quali la combustione (ed i gas combusti) vengono utilizzati per riscaldare un fluido attivo diverso. Questo fluido realizza la conversione dell'energia termica in lavoro meccanico. Appartengono a questa categoria la macchina a vapore e il motore Stirling.

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I MOTORI ESOTERMICI

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I motori termici possono essere "a combustione

esterna" (esotermici) quando la combustione avviene al di

fuori del fluido attivo che genera il movimento:

LA MACCHINA A VAPORE

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LA MACCHINA A VAPORELa “fortuna” della macchina a vapore è dovuta a Watt che inventò tra l’altro:

1) Il sistema biella manovella;2) Il distributore a cassetti;3) Il pistone a doppio effetto;

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IL MOTORE STIRLING16

• Inventato da Robert Stirling nel 1816.• Funziona a ciclo chiuso utilizzando un gas come fluido termodinamico

(solitamente aria, azoto oppure elio o idrogeno). Entra in funzione quando si raggiunge una opportuna differenza di temperatura tra il suo punto caldo ed il punto freddo. Funziona senza valvole. Le sole parti in movimento sono il pistone (a) ed il dislocatore (b) che agiscono collegati su una camma a 90 gradi.

Il dislocatore è costituito da materiale isolante, non a tenuta, in grado di "coprire" alternativamente la parete calda e la parete fredda.Oggi rappresenta più una curiosità scientifica che un uso diffuso. Interessante dal punto di vista energetico. 18:16

CICLO STIRLING1 Il dislocatore (a) copre la parete fredda (e) della camera. 2 Il gas della camera, essendo riscaldato, si espande . 3 Il pistone (b) si muove verso l'esterno della camera (verso l' alto): nel suo moto

spinge la camma (c) che ruota e che a sua volta sposta il dislocatore sulla parete calda (d), isolando dal calore la camera che inizia a raffreddarsi.

4 Il gas si contrae richiamando il pistone.5 Il pistone si muove verso l'interno (punto caldo: verso il basso).

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Analogamente a prima, nel suo moto, sposta il dislocatore sulla parete fredda

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IL MOTORE STIRLINGÈ probabilmente uno dei più interessanti motori a combustione esterna per:la sua bassa manutenzione;la sua silenziosità;la possibilità teorica di raggiungere rendimenti vicini a quello teorico per cicli termodinamici.

È possibile utilizzare la luce solare concentrata, ad esempio tramite un cilindro parabolico, per produrre la differenza di temperatura necessaria.

Commenti sui MOTORI ESOTERMICI

A parità di potenza, un motore a combustione esterna è in genere più ingombrante e pesante di un motore a combustione interna. Questo perché contiene uno scambiatore di calore utilizzato per riscaldare il fluido di lavoro. Per contro, può essere più efficiente ed è meno esigente (può utilizzare facilmente carburanti differenti). La temperatura e la pressione relativamente basse della combustione portano ad una minor formazione di inquinanti, quali gli ossidi di azoto.

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La turbina a vapore è un buon esempio di motore a combustione esterna. In questa macchina il calore ottenuto bruciando un combustibile, oppure generato da un reattore nucleare, viene utilizzato per portare l'acqua allo stato di vapore. All'interno della turbina l'energia di pressione posseduta dal vapore viene trasformata in energia cinetica ed utilizzata per far muovere le palette della turbina.

Altri motori esotermici

I MOTORI ENDOTERMICI

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Il motore a combustione interna (MCI) o endotermico è un motore termico nel quale, la reazione di ossidazione esotermica di una miscela - composta da un carburante (benzina, gasolio, metano, ecc...) e un comburente (ossigeno dell’aria) - all'interno di una camera di combustione, produce calore, acqua e prodotti della reazione (gas di scarico). Questi costituiscono il fluido attivo che agisce sulle parti del motore mettendole in movimento e producendo lavoro.

I motori endotermici oggetto del nostro studio, sono quelli "a stantuffo" alternativi. Anche tra questi però è necessaria una distinzione per quanto riguarda il combustibile e l'andamento della combustione nel cilindro. Si hanno così diverse categorie che vedremo dopo aver chiarito alcuni termini18:16

Combustione, Esplosione, Scoppio

NON SONO SINONIMI

Chimicamente e fisicamente esprimono cose diverse

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Scoppio

è la rottura del contenitore nel quale avviene un’esplosione

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Esplosionereazione chimica con due caratteristiche diverse

rispetto alla combustione: la velocità della reazione è almeno 1.000 volte maggiore; non impegna

l'ossigeno atmosferico: gli esplosivi contengono in se stessi tutti gli elementi necessari alla reazione

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CombustioneCOMBUSTIONE: processo chimico che avviene fra un

combustibile (benzina, carbone, nafta, ecc.) e un comburente (l'ossigeno dell'aria) secondo rapporti BEN DETERMINATI. I prodotti principali della combustione sono anidride carbonica CO2 e acqua H2O (allo stato di vapore)

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MA ALLORA PERCHE’ IL MOTORE A

SCOPPIO SI CHIAMA COSI’?

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SI CHIAMA MOTORE A SCOPPIO…

• Perché i primi esemplari costruiti spesso scoppiavano;• Perché erano particolarmente rumorosi.

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UN ESEMPIO DI MOTORE ENDOTERMICO