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Cap.7 - I cicli termici delle macchine motrici
• le imperfezioni nel processo di combustione;
• la dissociazione molecolare del fluido durante la combustione, che implica assorbimento
di energia termica che viene “restituita” quando le molecole si ricombinano durante la
successiva espansione.
Questo fa sì che le prestazioni ottenute dallo studio dei cicli di riferimento siano abbastanza
lontane da quelle reali. In particolare, come vedremo nel seguito, il rendimento effettivo di
tali motori difficilmente supera il 35% (con l’eccezione di alcuni tipi di motori Diesel, come
riportato più avanti). E’ necessario pertanto procedere in questo caso ad uno studio di natura
più empirica, come accennato nel seguito. I valori caratteristici dei cicli Otto e Diesel reali
sono riportati nella Tab.2.
Otto Diesel (°)
Rapporto di compressione volumetrico, r v 6-11 13-23
Temperatura fine compressione, T 2 , °C 350-550 700-900
Pressione fine compressione p 2 , bar 9-18 30-50
Pressione massima del ciclo p 3 , bar 35-50 60-90
Temperatura massima del ciclo T 3 , K ~ 2500 ~ 2000
Pressione media effettiva, p me , bar 8-14 7-12
Temperatura gas di scarico T 4 , °C 800-1000 600-700
Tabella 2: Parametri caratteristici dei motori a ciclo Otto e Diesel
(°) esclusi i motori navali a basso numero di giri, v. nota nel testo
Una rimarchevole eccezione ai dati della Tab.2 è costituita dai motori Diesel lenti per
propulsione navale: si tratta di perfezionatissimi motori a due tempi, sovralimentati, a
bassissimo numero di giri (60-120 rpm) con potenze dell’ordine di 3 MW per cilindro, che
raggiungono rendimenti superiori al 50% (comparabili, attualmente, solo con quelli del ciclo
combinato). La cilindrata di questi motori può superare i 20 m 3 , con potenze dell’ordine dei
50 MW e p me fino a 17 bar. Questi motori hanno soppiantato il ciclo a vapore e le turbogas
sulle grandi navi (v. Della Volpe, Cap.14).
Un’altra importante differenza tra i motori ad accensione comandata e quelli ad accensione
spontanea consiste nel metodo di regolazione: nei motori Otto, essa è effettuata variando la
quantità di aria aspirata mediante una valvola (la valvola a farfalla collegata all’acceleratore);
nei motori Diesel, si varia la quantità di combustibile iniettata nelle camere di combustione (la
portata di aria varia solo per effetto della variazione dei giri del motore). Per questo, ed
anche per le peggiori condizioni di miscelazione col combustibile, nei motori Diesel si ha
combustione in eccesso di aria, con minori temperature massime e ridottissima produzione
di CO. Per contro, questi ultimi emettono in genere maggiori quantità di particolato.
Potenza erogata da un motore alternativo
La potenza erogata da un motore alternativo composto si può ottenere moltiplicando il lavoro
utile per cilindro (Eq.(7.64)) per il numero, z, di cilindri per il numero di cicli compiuti
nell’unità di tempo. Quest’ultimo, per un motore a quattro tempi il cui albero compie n giri al
secondo, è dato da n/2, dato che il ciclo si compie in due giri dell’albero. Si ha pertanto
W
pist
n
n n VT
= L z = z pmi
( V1 −V2
) = pmi
(7.76)
2
2 2
P.Di Marco – Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche 7-57