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Cap.7 - I cicli termici delle macchine motrici
Bilancio termico del motore ad accensione comandata
Conviene rivedere il bilancio energetico del motore alternativo da un punto di vista più
empirico. La potenza termica ottenibile dalla completa combustone del carburante, W comb , si
suddivide in quattro aliquote principali
W ' + W
(7.81)
comb
= W
m,
u
+ WT
, raff
+ WT
, scar
perd
dove W m,u rappresenta la potenza meccanica utile, W T,raff la potenza termica ceduta all’esterno
attraverso il sistema di raffreddamento (dell’acqua e dell’olio), W T,sc la potenza termica ceduta
all’esterno tramite i gas di scarico e infine W perd la potenza perduta per varie cause, tra cui
l’azionamento degli ausiliari, le perdite per irraggiamento e per la incompleta combustione
del combustibile. I valori caratteristici di tali aliquote, espresse in percentuale, sono riportate
nella Tab.3.
Otto
Diesel
range tipico range tipico
Potenza meccanica utile 20-30 24 28-40 32
Sist di raffreddamento acqua e olio 16-33 33 15-37 32
Scarico 30-50 36 24-40 29
Perdite 4-20 7 4-12 7
Tabella 3: Suddivisione percentuale della potenza ottenibile dal
combustibile, W comb , nei motori a ciclo Otto e Diesel
In pratica, in questi motori il calore refluo si suddivide in parti grossomodo uguali tra i gas di
scarico ed il sistema di raffreddamento. Questo è da prendere in considerazione nella
progettazione di sistemi cogenerativi, dato che (a meno di non disporre di un doppio sistema
di recupero) si recupera solo la metà della potenza che invece si otterrebbe da un ciclo
Brayton di pari potenza, nel quale praticamente tutto il calore refluo è convogliato nei gas di
scarico.
Curve caratteristiche dei motori a combustione interna
La potenza di un motore a c.i. varia al variare del regime di rotazione. Tuttavia,
contrariamente a quanto potrebbe apparire dalla Eq.(7.80), la potenza non è direttamente
proporzionale al numero di giri, dato che al variare di questo varia anche la p me . L’andamento
della potenza e della coppia all’albero in funzione del numero di giri e riportato nelle
cosiddette curve caratteristiche, illustrate qualitativamente in Fig.37.
Da tali curve si nota che la potenza ha un massimo ad un numero di giri di poco inferiore a
quello massimo per cui il motore è utilizzabile. La coppia all’albero invece ha un massimo
per un numero di giri notevolmente inferiore: questo rappresenta il numero di giri a cui il
motore deve essere utilizzato per ottenere la massima accelerazione (nel caso di trazione) o il
massimo sforzo, p. es. per il sollevamento di un carico.
Si nota anche che le curve sono tracciate a partire da un numero di giri minimo al di sotto del
quale il motore non funziona regolarmente. Nella trazione, l’intervallo di giri in cui il motore
ha un funzionamento regolare non è sufficiente a coprire l’intero campo di velocità del
veicolo mediante una trasmissione semplice: è necessario introdurre un cambio di velocità per
adattare i giri del motore alle varie condizioni operative.
P.Di Marco – Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche 7-59