Teoria di Fisica tecnica - parte 2 di 2

Ciclo Otto e Diesel

Ciclo Otto

η_otto = 1 – ¹/_r^γ-1 = 1 – ^Q_sc/_Qe (espansione e compressione sono isentropiche)

Per isentropica P₁ · V₁^γ = cost, P₂ · V₂^γ = cost

P_v = R · TI₂ = ^V_max/_Vmin = rapporto di compressione

Per isentropica 1-2 T₁ · V₁^γ-1 = T₂ · V₂^γ-1

η_otto = 1 – ^Q_u/_Qe = 1 – ^{C_v(T₄ - T₁)}/_{Cv(T3 - T2)}

= 1 – ^{T₁(T₄/_T2 - 1)}/_{T2(^T3/T2 - 1)} = 1 – ^T₁/_T2

Ciclo Diesel

Tra 1 e 2 abbiamo isentropica, quindi:

Ciclo Diesel

Rapporto volumetrico di introduzione T_c^d = ^rγ-1/_r^y-1 rapporto volumetrico adiabatico: adiabatica 1-2, adiabatica 2-3, adiabatica 3-4

η_t = 1 – ¹/_r^γ-1

η_v = ^{V_max + cost}/_{VPMI + VPMX}

Ciclo Otto Formula isentropica: PV^κ = costante.

Ciclo Diesel

Non simmetrico T₃/T₂ = (V₁/V₃)^κ-1

P₂V₂ = PV = RT

Isocora 4-1

Efficenza volumetrica

• Massa volumetrica di introduzione
• Combustione più lento del ciclo Otto

Evol = V_aria + Costante / V_PMI + V_PMS

Ciclo Joule - Bryton

β = _PMAX / _PMIN = _P2 / _P1 = _P3 / _P4 (tra 11 e 16)

η_joule = 1 - 1/β^(k-1)/k

1-2 compr. quasi statica e adiabatica (isentropica) PV^k = cost.

K = cp/cv

PV₁^k = PV₂^k = P₂/P₁ = (V₁/V₂)^k

(η₁ = T₁/T₂) PV = RT = V = l/R

Q_u / Q_e = T₁ / T₂

Compressore reale

η_C = ∆h₀ = Cp(T_2s - T₁) / ∆h = Cp(T₂ - T₁)

η_T = T_C - T₄ / T₃ - T₄

Aumento T_MAX (per l'efficienza)

Ciclo Joule con rigenerazione

Recuperare i gas caldi in uscita dal turbina.

E_rig = Q_rig-reale = _{h5 - h2} / Q_rig-ideale = _{h2 - h4}

T₃

Tutti questi metodi non valgono

Ciclo Joule con interrefrigerazione

Compressore a due stadi interrefrigenato. Potenza di spinta P_uomo/m(uw - ue) W_a[w]

Compressore multistadio con interrefrigerazione: il lavoro richiesto per comprimere un gas tra due pressioni può essere diminuito... All'aumentare del numero di stadi di compressione

Il ciclo Rankine

• 1-2 Compressione isentropica (in una pompa) acqua entra come liquido saturo e viene compressa fino alla pressione funzionamento della caldaia, la sua temperatura aumenta di qualche Celsius. Tratto 1-2 è invisibile sul diagramma reale.
• 2-3 Somministrazione di calore isobara (in una caldaia) nella caldaia o generatore di vapore l’acqua entra come liquido compresso ed esce come vapore surriscaldato.
• 3-4 Espansione isentropica (turbina adiabatica) il vapore surriscaldato si espande in turbina, producendo lavoro meccanico con la messa in rotazione di un albero spesso accoppiato a un generatore elettrico. Pressione e temperatura del fluido scendono ai valor dello stato 4 qui corrisponde una miscela satura di liquido e vapore di mezzo titolo.
• 4-1 Sottrazione di calore isobara (in un condensatore) la miscela entra in uno scambiator de calore che opera in contatto con acqua (fiume, lago, mare) o con aria (atmosfera). Il fluido esce dal condensatore come liquido saturo ed entra nel gruppo pompe di alimento per ripetere il ciclo.

η _t = 1 - ^Q_C/_QH

Metodi per aumentare rendimento

• Abbassamento della pressione di condensazione
• Aumenta area del ciclo ed aumenta di poco il calore da fornire al fluido, effetto globale è aumento del rendimento. Limite inferiore dato da: salto termico tra fluido di lavoro e po