I CICLI TERMODINAMICII CICLI TERMODINAMICI

OTTO DIESEL

Il ciclo OTTOIl ciclo OTTOGeneralità

Cenni storici

Descrizione ciclo teorico

Lavoro utile

Rendimento

Applicazioni

GeneralitàGeneralità

il ciclo Otto è un ciclo di trasformazioni il ciclo Otto è un ciclo di trasformazioni termodinamiche effettuate su un gas con termodinamiche effettuate su un gas con lo scopo di trasformare lo scopo di trasformare

ENERGIA TERMICA in ENERGIA MECCANICAENERGIA TERMICA in ENERGIA MECCANICA

Cenni storiciCenni 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.

Descrizione ciclo Descrizione ciclo teoricoteorico

1)1) 1-2 adiabatica d1-2 adiabatica di compressionei compressione

2)2) 2-3 isometrica i2-3 isometrica in cui si forniscen cui si fornisce calore calore

3)3) 3-4 adiabatica d3-4 adiabatica di espansionei espansione

4)4) 4-1 isometrica i4-1 isometrica in cui si sottrae n cui si sottrae calore calore ritornando alle ritornando alle condizioni iniziacondizioni inizialili

Trasformazioni termodinamiche

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 compressioneAdiabatica di compressione

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 Isometrica con calore fornitofornito

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 espansioneAdiabatica di espansione

Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali

Isometrica con calore Isometrica con calore sottrattosottratto

Lavoro Lavoro utileutile

Il lavoro utile del Il lavoro utile del ciclo è ciclo è rappresentato rappresentato dall’area interna al dall’area interna al ciclo, ed è il ciclo, ed è il risultato della risultato della differenza fra il differenza fra il lavoro di espansione lavoro di espansione positivo con il lavoro positivo con il lavoro di compressione di compressione negativonegativo

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 utile

Lavoro di Lavoro di compressionecompressione

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 Lavoro di espansioneespansione

RendimentRendimentoo

1

11

k

= 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

ApplicazioniApplicazioni

Motore a combustione interna a quattro tempi

Fasi del motoreMotore Ciclo

Applicazioni

Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi

Fasi del motoreMotore Ciclo

AspirazioneAspirazione

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

CompressioneCompressione

La miscela viene compressa dal pistone e le valvole rimangono chiuse

CombustioneCombustione

La scintilla generata dalla candela innesca la combustione che si propaga con rapidità a tutta la massa della miscela.

La pressione raggiunge valori elevati

EspansioneEspansione

La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione l’albero motore

ScaricoScarico

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

Il ciclo DIESELIl ciclo DIESELGeneralità

Cenni storici

Descrizione ciclo teorico

Lavoro utile

Rendimento

Applicazioni

GeneralitàGeneralità

il ciclo Diesel fa parte di quei cicli di il ciclo Diesel fa parte di quei cicli di trasformazioni termodinamiche effettuate trasformazioni termodinamiche effettuate su un gas in modo da convertire su un gas in modo da convertire

ENERGIA TERMICA in ENERGIA MECCANICAENERGIA TERMICA in ENERGIA MECCANICA

Cenni storiciCenni 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.

Descrizione ciclo Descrizione ciclo teoricoteorico

1)1) 1-2 adiabatica d1-2 adiabatica di compressionei compressione

2)2) 2-3 isobara in c2-3 isobara in cui si fornisce calui si fornisce caloreore

3)3) 3-4 adiabatica d3-4 adiabatica di espansionei espansione

4)4) 4-1 isometrica i4-1 isometrica in cui si sottrae n cui si sottrae calore ritornandcalore ritornando alle condizionio alle condizioni iniziali iniziali

Trasformazioni termodinamiche

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 compressioneAdiabatica di compressione

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 fornitoIsobara con calore fornito

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 espansioneAdiabatica di espansione

Il gas viene raffreddato a volume costante e riportato alle condizioni iniziali

Isometrica con calore Isometrica con calore sottrattosottratto

Lavoro Lavoro utileutile

Il lavoro utile Il lavoro utile del del ciclo è ciclo è rappresentato rappresentato dall’area interna al dall’area interna al ciclo, ed è il ciclo, ed è il risultato della risultato della differenza fra il differenza fra il lavoro di espansionelavoro di espansione positivo con il positivo con il lavoro di compressiolavoro di compressione ne negativonegativo

Lavoro utile

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 Lavoro di compressionecompressione

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 Lavoro di espansioneespansione

RendimentRendimentoo

)1(

1111

1

k

kk

= rapporto di compressione v1/v2

= 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 combustione

Cv = calore specifico a volume costante del gas

Cp = calore specifico a pressione costante del gas

ApplicazioniApplicazioni

Motore Diesel a combustione interna a quattro tempi

Fasi del motoreMotore Ciclo

Applicazioni

Ciclo reale di un motore a combustione interna a quattro tempi

Fasi del motoreMotore Ciclo

AspirazioneAspirazione

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

CompressioneCompressione

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

CombustioneCombustione

Il combustibile viene polverizzato dall’iniettore ed a contatto con l’aria a temperatura elevata si incendia.

EspansioneEspansione

La pressione elevata spinge il pistone verso il basso, che attraverso la biella mette in rotazione l’albero motore

ScaricoScarico

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