L = Q’ –Q’’
Transcript of L = Q’ –Q’’
PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
IMPIANTO MOTORE TERMICO L
Energia meccanica
Calore perdutoQ’’
Q’
Calore dato
L = Q’ –Q’’
CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA 1
SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
IMPIANTO MOTORE TERMICO L
Energia meccanica
Calore perdutoQ’’
Q’
Calore dato
Dato un impianto motore con un relativo ciclo termodinamico il suo rendimento è minore od eguale a quello della macchina di Carnotoperante tra le stesse temperature. Il segno di eguale vale se la macchina è reversibile.
T1
T2
sA sB CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA 2
IMPIANTO MOTORE TERMICO
(positivo)
Adduzione di calore
L’
Q’’
Q’Calore dato
Espansione
Sottrazione di calore
CompressioneL’’
(negativo)
(positivo)
(negativo)L = L’ – L’’Q’ + L’’ = Q’’ + L’Q’ = Q’’ + LL = Q’ –Q’’
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RENDIMENTO GLOBALE DI UN IMPIANTO MOTORE
Mc *Hi Qr’ LrLu
Perdita Perdita Perdita
Mc *Hi * (1-ηb) Qr’* (1-ηr) Lr* (1-ηr)
1 kWh = 860 kcal
1 kW = 860 kcal/h
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MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA
ALTERNATIVI ROTATIVI
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Rappresentazione schematica del gruppo: cilindro, pistone, biella, manovella. Motore alternativo azionato da un manovellismo ordinario centrato.
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Un motore a combustione interna alternativo, sia ad accensione comandata che diesel, è essenzialmente costituito dai seguenti componenti principali:
a) Le Canne dei cilindri, ciascuna costituita da un solido cilindrico, con sezione a corona circolare, raffreddato esternamente con liquido refrigerante o con aria;
b) L’ Incastellatura, avente la funzione di collegamento delle canne dei cilindri con il basamento;c) La Testata, avente la funzione di chiusura delle canne dei cilindri e di contenimento al suo interno della camera
di combustione della miscela aria-combustibile;d) I Pistoni, costituiti da solidi cilindrici cavi, scorrevoli all’ interno delle canne dei cilindri, aventi la funzione di
assicurare lo scambio di lavoro tra il fluido motore e gli organi mobili della macchina; e) il Manovellismo di spinta alternativo, avente la funzione, per ciascun cilindro dal sistema biella-manovella, di
trasformare il moto rettilineo alternativo del pistone in moto rotativo continuo della manovella e, quindi, dell’ albero motore;
f) Il Carter, avente la funzione di chiusura verso il basso delle canne dei cilindri e di raccolta dell’ olio di lubrificazione delle canne dei cilindri;
g) Il Basamento, avente la funzione di assorbimento sia delle forze d’ inerzia del manovellismo che delle forze dovute alla pressione esercitata dai gas all’ interno dei cilindri.
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Apparati ed organi ausiliari dei motori a combustione interna alternativi
Sono costituiti da:
a) sistema di alimentazione: ha la funzione di apportare ai vari cilindri del motore e per ogni ciclo di funzionamento di quest’ ultimo la quantità di combustibile necessaria perché avvenga un corretto svolgimento del processo di combustione;
b) sistema della distribuzione: avente la funzione di rinnovare il fluido evolvente nei cilindri ad ogni ciclo di funzionamento del motore;
c) sistema di accensione: è presente soltanto nei motori ad accensione comandata ed ha la funzione di attivare, attraverso l’ impiego di opportuni dispositivi di tipo elettronico gestiti da un microprocessore, lo scoccare della scintilla tra gli elettrodi una o più candele alloggiate all’ interno della camera di combustione di ogni cilindro;
d) circuito di refrigerazione: può essere ad aria o a liquido ed ha la funzione di assicurare la refrigerazione dei materiali delle canne dei cilindri e degli organi del manovellismo nonché quella di limitare la temperatura di esercizio dell’ olio lubrificante;
e) sistema di avviamento: ha la funzione di trascinare il motore fino ad un regime di rotazione in corrispondenza del quale esso è in grado di sostenersi autonomamente.
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MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA ALTERNATIVI
AD ACC. COMANDATA DIESEL
A 4 TEMPI A 4 TEMPIA 2TEMPI A 2TEMPI
MOTORI A 4 TEMPI MOTORI A 2 TEMPI
-ASPIRAZIONE
-COMPRESSIONE-ESPANSIONE-SCARICO
-LAVAGGIO E COMPRESSIONE-ESPANSIONE E SCARICO
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SISTEMI DI LAVAGGIO GRANDI MOTORI DIESEL 2T
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CAMPO DI APPLICAZIONE DEI MCI
MOTORI A 2 TEMPI AD ACC. COMANDATA
- Bassa efficienza- Piccola potenza- Elevate emissioni
MOTORI A 4 TEMPI AD ACC. COMANDATA
- Ridotta efficienza- Ridotte emissioni- Bassa e media potenza
MOTORI A 2 TEMPI DIESEL
- Alta efficienza- Elevata potenza- Funzionamento a bassi regimi
MOTORI A 4 TEMPI DIESEL
- Alta efficienza- Bassa, media o elevata potenza- Funzionamento ad alti regimi
Applicazioni:motoscooter di piccola cilindrata; piccole imbarcazioni.
Applicazioni:Trazione terrestre; produzione energia elettrica; propulsione navale.
Applicazioni:Motocicli ed autovetture di piccola, media e grande taglia; motogeneratori a metano; propulsione marina ed aereonautica leggera.
Applicazioni:Grande propulsione marina
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CICLO IDEALE SABATHE’
p
v2 v1
Q’’
Q1’
Q2’
1
2
33’
4
v
24
-gas ideale-componenti perfetti
IPOTESI:
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CICLO OTTO (b=1)
p
v2 v1
Q’’
Q1’
1
2
3=3’
4
K=1,6
K=1,4
K=1,33
V
25
10÷11
1
1
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CICLO DIESEL
V
p
v2 v1
Q’’
Q2’
1
2=3 3’
4
OTTO
b = 1,2
b =1,1
26
124÷25
1
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DIAGRAMMA INDICATO MOTORE A 4 TEMPI
p
v
patm
pmi
p
l
rφ θ
patmA
ds
asp
scar
VcilVc
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DIAGRAMMA INDICATO MOTORE A 4 TEMPI
29
ASP (-) COMP (-) ESP (+) SC (-)
cilmiatmatmatmatm VpsAppsAppsAppsApp720
540
540
360
360
180
180
0
i )()()()(L
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FORMULA POTENZA MCI
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FORMULE DELLA POTENZA MCI
n
Pe Ce
Pe
Ce
Ct
nmin nCmax nPmax
Pt
31CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
igkWe
cs
HP
mc
860
,
60
160,
inVp
c
niVP cilme
s
vacil
kWe
s
va
mec
p 51036
PMS
aspirazio
ne
C.S.
A.S.
PMI
C.A.
A.A.
com
pre
ssio
ne
PMSasp
irazion
e
C.S.
A.S.
PMI
C.A.
A.A.
50°
10° 10°
50°
A.A.
DIAGRAMMA DELLA DISTRIBUZIONE DI UN MOTORE A C.I. A 4 TEMPI AD ACC. COMANDATA
TEORICO REALE
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CARBURATORE ELEMENTARE
221100 ccc
222
2
2
2
2
2
1
1
1
2
0
0
0 cpcpcp
2112
0110
cc
cc
12
10
pp
pp
33
0
1
2
0
1
2
P
x
0
1
2
Miscela
Combustibile
Aria
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MULTI-POINT L-JETRONIC
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COMBUSTIONE PERFETTA E STECHIOMETRICA
Motore a combustione
interna
CombustibileAnidride carbonica
Aria stechiometrica
Vapore d’acqua
Azoto
Ipotesi:
a) Miscelazione perfetta del combustibileb) Dosatura stechiometrica dell’aria comburente
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COMBUSTIBILI BINARI DI CARBONIO E IDROGENO (IDROCARBURI)
Reazione di combustione tra un idrocarburo di formula CnHm e l’aria stechiometrica
Rapporto di dosatura stechiometrico
Per un idrocarburo di formula , vale 14,78 kg di aria / kg di combustibilenn HC 2 st
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MOTORE AD ACC.
COMANDATA
ARIA
CO2
H2O
N2
O2
CO
HC
NOx
COMBUSTIBILE
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inquinanti regolamentati
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Motore a combustione
internaAria
CatalizzatoreTrivalente
Gas di scarico
Sonda lambda
Centralina di controllo
Sistema diiniezione
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49CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
RIVESTIMENTO A BASE DI PLATINO ,
PALLADIO E RODIO PER LA
CONVERSIONE DEL CO, DEGLI HC E
DEGLI NOx IN CO2, H2O ed N2
SUBSTRATO CERAMICO O
METALLICO
FUNZIONAMENTO DELLA MARMITTA CATALITICA
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SISTEMA DI INIEZIONE IN PRECAMERA
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SISTEMA DI INIEZIONE IN PRECAMERA
52CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
SISTEMA DI INIEZIONE DIRETTA DI GASOLIO
53CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
MOTORE DIESEL
ARIA
CO2
H2O
N2
O2
CO
HC
NOx
Particolato
COMBUSTIBILE
SOx
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STRATEGIE PER LA RIDUZIONE DEGLI INQUINANTI NEI MOTORI DIESEL
a) Interventi sul combustibile
b) Interventi sul processo di combustione
c) Interventi attuati allo scarico del motore
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INTERVENTI SUL COMBUSTIBILE
• Riduzione del tenore di zolfo
• Riduzione degli idrocarburi aromatici
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MCIZolfo del combustibile
Vapori di SO2
Solfati solidi (3% dello zolfo del combustibile)
57CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
INTERVENTI SUL PROCESSO DI COMBUSTIONE DEL MOTORE
• Ricircolazione dei gas di scarico (EGR)
• Controllo elettronico dell’iniezione del combustibile
• Aumento della pressione di iniezione del combustibile
• Ottimizzazione del campo di moto in camera di combustione
58CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
SOF Idrocarburi adsorbiti o condensati
SOOT composizione media C8H
Struttura particolato emesso dai motori diesel
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60CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
61CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
62CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
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TRAPPOLA DEL PARTICOLATO
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REFRIGERAZIONE A LIQUIDO NEI MCI
2
RR
R
ui
m
ttt
Liqaria
s 11
1
MCIIS
Lm
Rit
Rut
aria
Pompa di circolazione
Termostato
RadiatoreElettroventola
)()()(aaRRR iuapariaambmuiLiqrefr ttcmttScttmQ
64CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
iat
mat
SOVRALIMENTAZIONE NEI MCI
a) Con comando meccanicob) Con turbocompressore
a) b)
MCII
C T
Gas combustiAria
MCII
C T
Gas combustiAria
MCIIC
Gas combusti
aria
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SOVRALIMENTAZIONE NEI MCI
cilV cilV
ps
ps
papa
ps
p0
ps
motore aspirato motore sovralimentato
;1
11
11
1
1
0
1
ca
aa
a
a
aT
k
k
T
gg
g
g
g
ak
ak
g
g p
pTR
k
kmTR
k
km
66CORSO DI MACCHINE 3 - PROF. FEOLA
ps: pressione dei gas combusti all’apertura della valvola di scarico
pa: pressione atmosferica
p0: pressione di sovralimentazione
p0/pa: grado di sovralimentazione
ps/pa: rapporto di espansione in turbinaT
a
s
Tp
p