motore macchina e frigorifero
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Presentazione Power Point del motore della macchina e del frigoriferoTRANSCRIPT
Il motore dell’automobileIl frigorifero
Gabriele Statzu
Liceo Scientifico “G. Brotzu”
A.S. 2010/2011
Il motore a scoppio
Il motore è una macchina che prevede
l’assorbimento di energia e la sua
trasformazione in lavoro.
Il motore più diffuso è quello
endotermico ovvero nel quale
la combustione avviene internamente.
E’ alimentato da una miscela
di aria e benzina che viene
trasformata in lavoro mediante la
combustione, che produce anche
calore e pressione.
Un’importante classificazione viene fatta tra:
Motore a quattro tempi: il ciclo del lavoro si compie in 4 tempi del pistone (aspirazione,compressione,espansione e scarico) e in 2 giri dell’albero motore. La combustione causata dalla scintilla che scocca nella candela; l’entrata del combustibile e l’uscita del gas avvengono grazie a aperture sulla testata.
Motore a due tempi: il ciclo completo di lavoro si compie in due corse del pistone e in un solo giro dell’albero motore; a differenza del quattro tempi qui mancano gli organi di distribuzione e di lubrificazione e non esistono valvole.
Disegno di un motore a due tempi Disegno di un motore a quattro tempi
Ciclo Otto
Il ciclo termodinamico del motore a 4 tempi (ciclo Otto) è composto da 6 fasi:
• Aspirazione: il pistone, dal PMS, procede verso il basso aspirando la miscela attraverso le valvole di aspirazione;
• Compressione: le valvole si chiudono; una volta raggiunto il PMI, il pistone risale verso la testa comprimendo il fluido;
• Esplosione: la candela provoca l’accensione della miscela compressa, dopo il raggiungimento, da parte del pistone, del PMS; in camera di scoppio si raggiungono elevatissime temperature e pressioni;
1 PMS 2 PMI
A ASPIRAZIONE
B COMPRESSIONE
C ESPLOSIONE /
ESPANSIONE
D ESPULSIONE / SCARICO
• Espansione: in seguito all’esplosione della miscela, il pistone viene spinto verso il basso fino al PMI e la sua temperatura decresce notevolmente; questa è la fase attiva del ciclo, l’unica durante la quale viene prodotto lavoro;
• Uscita dei gas: il pistone si trova al PMI e l’apertura delle valvole di scarico ha come risultato la fuoriuscita di gran parte dei gas per depressione e il loro conseguente raffreddamento;
• Espulsione: il pistone opera l’ultima corsa ascendente, grazie alla quale vengono espulsi i rimanenti gas combusti, e termina il ciclo;
1 PMS 2 PMI
A ASPIRAZIONE
B COMPRESSIONE
C ESPLOSIONE /
ESPANSIONE
D ESPULSIONE / SCARICO
Aspirazione
Il pistone scende dal PMS al PMI; la valvola d’aspirazione inizia l’apertura mentre quella di scarico rimane chiusa. Il pistone si abbassa e crea una forte corrente d’aria che passando attraverso il carburatore, si miscela con la benzina che proviene dallo stesso carburatore. Quando il pistone si trova nel PMI,la valvola di aspirazione si chiude.
Grafico aspirazioneGrafico aspirazione
Il punto A si trova in corrispondenza di V0 e P0 (press. atmosferica). Durante la 1° fase la pressione rimane costante e si passa dal punto A
al punto B con il volume che aumenta. Dunque si ha una trasformazione isobara
Compressione
Il pistone risale ora dal PMI al PMS comprimendo la miscela. Come già detto durante questa fase entrambe le valvole rimangono chiuse. Al termine di questa fase la miscela sarà interamente compresa all'interno della camera di combustione o di scoppio e raggiungerà pressioni comprese tra le 8 e le 10 atmosfere e temperature tra i 230°C e i 300 °C
Grafico Compressione
Si ha una trasformazione adiabatica (Non ci sono scambi di calore tra fluido e cilindro o con l’esterno) in cui la pressione e la temperatura aumentano e il volume diminuisce. Sul diagramma ci si sposta dal punto B al punto C.
Scoppio ed Espansione Quando il pistone è giunto al PMS una scintilla, proveniente dalla
candela, avvia la combustione della miscela. La temperatura arriva
fino a 2000°C alzando la
pressione fino a 30-35 Atm
imprimendo sul pistone una
spinta verso il basso cioè
verso il PMI, cui consegue
un'espansione. Questa è
l'unica fase del ciclo in cui
viene prodotto lavoro. In
questa fase entrambe le
valvole sono chiuse.
Grafico Scoppio
In questa fase il volume è costante mentre la pressione aumenterà da P1 a P2 ovvero quel segmento di retta (parallela all’asse delle ordinate) che va dal punto C al punto D. Si tratta dunque di una trasformazione isocora.
Grafico espansione
Quando il pistone comincia a muoversi nuovamente verso il PMI inizia la fase di espansione e si ha quindi un aumento del volume e una diminuzione della pressione e della temperatura, ancora una volta lungo una trasformazione adiabatica poichè si ipotizza nuovamente che non vi siano scambi di calore. Sul grafico ci si sposta dal punto D al punto E.
Scarico
Terminata l'espansione, il pistone si trova al PMI. Viene quindi aperta la valvola di scarico e il pistone risalendo verso il PMS li espelle i gas . Al termine della fase ci si ritrova quindi nelle condizioni iniziali pronti per un nuovo ciclo.
Ci sono stati 4 passaggi dal PMI al
PMS o viceversa (si sarà cioè percorsa 4 volte la corsa del cilindro in un senso o nell'altro). Poichè ad ogni passaggio corrisponde mezzo giro dell'albero motore (chiamato anche tempo) si sono fatti in tutto 2 giri. Da qua la nomenclatura di motore a quattro tempi.
Grafico Scarico Quando si giunge al PMI si
apre la valvola di scarico e la pressione scenda istantaneamente (e quindi a cilindro fermo) al valore ambiente (1 atm),perché l'interno del cilindro è stato messo in comunicazione con l'ambiente esterno . Sul grafico ci si sposta da E a B lungo un'isocora.
Infine il pistone torna al PMS espellendo i gas. Quest'ultima operazione avviene a pressione ambiente e sul grafico ci si sposta lungo un'isobara da B ad A.
Il frigorifero• La macchina frigorifera è una macchina che riceve
lavoro dall’esterno e calore da un certo ambiente, ed emette una quantità maggiore di calore.
• La macchina frigorifera è una macchina che funziona nel senso contrario rispetto alla macchina a vapore:
• La macchina a vapore sfrutta l’energia termica di un vapore o di un gas e la trasforma in energia meccanica
• La macchina frigorifera sfrutta energia meccanica e rende possibile lo scambio di calore fra una sorgente fredda, a cui sottrae calore, e una sorgente calda, a cui cede calore.
• Per questo motivo la macchina frigorifera viene anche chiamata macchina inversa. Essa funziona schematicamente in questo modo:
Il funzionamento della macchina frigorifera si basa su continue variazioni di pressioni
e volume di una relativamente piccola massa costante di un liquido, detto
“refrigerante”. Esso viene fatto passare, tramite un compressore, in un
condensatore e successivamente, tramite una valvola di laminazione, in un
evaporatore.
W < 0
|Q1| = Q2 + | W |
La macchina frigorifera è composta da 4 sistemi aperti, che collegati fra loro generano un sistema chiuso:
* Due batterie, all’interno delle quali avviene il cambiamento di stato del gas:
1) Evaporatore: + freddo; in esso avviene passaggio liquido > vapore
2) Condensatore: + caldo; in esso avviene il passaggio vapore > liquido
* Due meccanismi che mantengano forzatamente le due diverse temperature T1 e T2:
3) Compressore (pompa): mantiene una pressione elevata nel condensatore
4) Valvola di laminazione: regola l’espansione e quindi l’evaporazione del fluido
Ciclo frigorifero
Il refrigerante,allo stato gassoso, viene compresso per mezzo di un compressore; si ha un aumento di pressione e di temperatura del refrigerante;
La temperatura del refrigerante viene abbassata grazie all'azione della serpentina esterna che funge da condensatore. Estrae il calore dal fluido refrigerante e lo porta allo stato liquido; l'estrazione del calore durante questa fase avviene in maniera spontanea, in quanto il fluido refrigerante all'uscita dal compressore ha una temperatura maggiore della temperatura ambiente, per cui durante l'attraversamento della serpentina, venendo in contatto termico con l'ambiente, il refrigerante porta la propria temperatura ad una temperatura minore e successivamente passa dallo stato gassoso allo stato liquido
Quando il liquido entra all’interno del frigorifero, non essendo più compresso,torna vapore.
Qua assorbe energia dall’interno del frigo,che si raffredda,grazie alla serpentina interna.
Il vapore torna all’esterno,viene compresso di nuovo e il processo si ripete.