20 21MM Parte 3 1 Termodinamicaapplicata PDF

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Conoscenze di base superamento esame...

Description

Termodinamica applicata

Cicli termodinamici/1 • Classificazione in base alla funzione:

• Cicli termodinamici • Termodinamica dell’aria umida • È richiesta la conoscenza della termodinamica generale (I principio della termodinamica, termodinamica dei gas perfetti)

Parte 3-1

1

– Diretti – Inversi

• Classificazione in base al fluido attivo: – A gas – A vapore

Parte 3-1

2

Cicli termodinamici/2 • Cicli diretti a vapore: – Ciclo di Rankine

• Cicli diretti a gas: – Ciclo Otto – Ciclo Diesel

• Cicli inversi a vapore: – Ciclo di Rankine inverso

• Cicli inversi a gas: – Ciclo di Bryton-Joule

Cicli diretti a gas

L n QH  QC  QH QH Q  1 C QH



QC Ln Q COPH  H Ln

• Conoscere i cicli Otto e Diesel teorici • Conoscere la loro implementazione pratica • Conoscere le curve caratteristiche dei motori a combustione interna

COPC 

Parte 3-1

3

Parte 3-1

4

Cicli diretti a gas: ciclo Otto/1

Cicli diretti a gas: ciclo Otto/2 p

p

T

• BC: compressione isoentropica • CD: somministrazione di calore a volume costante • DE: espansione isoentropica • EB: cessione di calore a volume costante

D

D v = cost

QCD

s = cost

QCD

C s = cost

E Q EB B

E

C 0

v = cost Q EB

B

s

v

Parte 3-1

5

Cicli diretti a gas: ciclo Otto/3

E Q EB B v

6

0.70 0.60 0.50

Q CD  c v TD  TC  T  TB 1   1 E 1  k 1 TD  TC  

s = cost

Cicli diretti a gas: ciclo Otto/4

Ln Q CD  Q EB Q   1  EB QH QCD Q CD

Q EB  c v TE  TB 

s = cost

C

Parte 3-1

vE vB  vD vC

rendimento



D QCD

p D QCD

s = cost

0.30 0.20

C s = cost

0.40

0.10 E Q EB B v

0.00 0

3

6

9

12

15

rapporto di compressione Parte 3-1

7

Parte 3-1

8

Cicli diretti a gas: ciclo Diesel/1

Cicli diretti a gas: ciclo Diesel/2 p

C

• BC: compressione isoentropica • CD: somministrazione di calore pressione costante • DE: espansione isoentropica • EB: cessione di calore a volume costante

T

QCD

D D

p = cost QCD

s = cost s = cost

E

QEB

B

0

E v = cost

C

QEB

B

Parte 3-1

9

s = cost s = cost

E

p

v

0.80 D

0.70 s = cost

L Q  QEB Q   n  CD  1  EB QH Q CD QCD

10

Cicli diretti a gas: ciclo Diesel/4

Q CD C

s = cost

0.60 E

Q EB

B v

c v TE  TB  1  r 1   1  k 1   cp TD  TC    k r  1 k

0

r=1

0.50

r=2

0.40

r=3

0.30

r=4

0.20 0.10 0.00

v v  B ; r  D vC vC

0

5

10

15

20

25

rapporto di compressione Parte 3-1

11

Parte 3-1

QEB

B

Parte 3-1

Cicli diretti a gas: ciclo Diesel/3

 1 

D

s

v

rendimento

p

QCD C

12

0

Parti fondamentali del motore

Manovellismo di spinta

• Diametro o alesaggio: diametro interno del cilindro • Volume totale del cilindro V1: volume compreso fra la testa e lo stantuffo quando questo è al PMI • Volume della camera di combustione V2: volume compreso fra la testa e lo stantuffo quando questo è al PMS • Cilindrata: V 1-V 2 • Rapporto volumetrico di compressione : V1 /V2

PMI corsa PMS Parte 3-1

13

Parte 3-1

Ciclo reale/1

Ciclo reale/2 • Cause delle differenze fra ciclo teorico e ciclo reale:

• Il ciclo reale si identifica con il diagramma delle pressioni misurate nel cilindro in corrispondenza delle varie posizioni dello stantuffo durante il funzionamento del motore • Questo diagramma si chiama diagramma indicato

Parte 3-1

14

– – – – –

Perdite di calore Combustione non istantanea Tempi di apertura e chiusura delle valvole Presenza di un ciclo di pompaggio Aumento dei calori specifici del fluido con la temperatura – Dissociazione nella combustione 15

Parte 3-1

16

Ciclo reale/3

Ciclo Sabathé teorico p p1

D´ Q´1

p2

pa Otto

Diesel 17

Confronto fra i tre rendimenti t

Ciclo Diesel

0.2



0 0

5

10

15 Parte 3-1

20

E

Q2 B V1 V P.M.I.

A

Parte 3-1

Sono le curve di: • Coppia • Potenza • Consumo specifico al variare del numero di giri e alimentazione massima

Ciclo Sabathé

0.4

C

18

Curve caratteristiche dei motori/1

Ciclo Otto

0.6

D´´

V2 V3 P.M.S.

Parte 3-1

0.8

Q´´ 1

P    C    m cs  c Ln

25 19

Parte 3-1

20

Curve caratteristiche dei motori/2

Curve caratteristiche dei motori/3 • Consumo specifico: massa di combustibile necessaria a generare l’unità di energia, spesso espresso in g/kWh • Otto: 2T: 750-800 g/kWh - 4T: 300-400 g/kWh • Diesel: 220-300 g/kWh • Rendimento totale: 25%-38%

cs  Parte 3-1

mc m c  Pci Q1 1    L n L n  Pci L n  Pci  tot  Pci

21

Parte 3-1

Diagramma (p,v) per sostanze pure/1

Cicli inversi a vapore • Conoscere i diagrammi di stato delle sostanze pure • Conoscere le componenti essenziali di un ciclo inverso • Calcolare la potenza di una macchina frigorifera

p

LIQUIDO

Punto critico

GAS

mv x ml  mv

pc D LIQUIDO + VAPORE

C

Tc T3

VAPORE

P

Curva limite inferiore

B Curve isotitolo

A T2 T1 Curva limite superiore

vc Parte 3-1

22

23

• A: vapore surriscaldato • B: vapore saturo • C: liquido saturo • D: liquido sottoraffreddato • Pressione di saturazione • Isoterma critica • Titolo

v Parte 3-1

24

Diagramma (p,v) per sostanze pure/2 • Calore di vaporizzazione (condensazione): calore scambiato per vaporizzare (condensare) un kilogrammo di liquido (vapore) in condizioni iniziali e finali di saturazione. • Per ogni sostanza vi è un caratteristico calore di vaporizzazione, variabile con la temperatura.

Diagramma (T,s) per sostanze pure T

h

GAS

v2

D

hc

LIQUIDO + VAPORE LIQUIDO

p1

C

VAPORE

A

P

B

T1

Curva limite inferiore

Curva limite superiore

Curve isotitolo sc

s

Parte 3-1

26

Diagramma (p,h) per sostanze pure Punto critico s2

s3

s1

p1 T2

A

GAS

LIQUIDO

T1

LIQUIDO + VAPORE

B

P

v1

h1

pc

VAPORE

Punto critico

p2

LIQUIDO + VAPORE

p2 v1

v2

p3

T2

LIQUIDO

p Tc

v3

T3

25

Diagramma (h,s) per sostanze pure

GAS

Tc

0 Parte 3-1

Punto critico

C

VAPORE

B

P

Tc

T3

Curva limite superiore

A

T2 T1

C Curva limite inferiore sc

Curve isotitolo

Curva limite inferiore s

Parte 3-1

Curve isotitolo hc

27

Parte 3-1

Curva limite superiore h 28

Calcolo delle grandezze di stato di un vapore umido/1

Calcolo delle grandezze di stato di un vapore umido/2

Z  Zl  Z v  m l z l  m v z v Z m z  m vz v  l l  ml  m v ml  m v  1  x z l  x  z v  z l  x z v  z l 

z

z  s, h , u , v

Parte 3-1

29

Calcolo delle grandezze di stato di un vapore umido/4

30

TH QH =QC+L n

Cicli inversi Ln

• Dalle tabelle o dai diagrammi si possono dedurre: – temperature e pressioni di saturazione – variazioni di entalpia, pari al calore scambiato a pressione costante – variazioni di titolo di vapori umidi a seguito di scambi termici – grandezze di stato di vapori surriscaldati Parte 3-1

Parte 3-1

31

Q Q& COPC  C  C QC Ln Pn T C...