Soluzione Tema 1 Maturità professionale tecnico dei sistemi energetici Anno 2004

Soluzione esame di Stato tecnico dei sistemi energetici 2004 tema n. 1

Svolgimento

Analizzando le caratteristiche del motore per autoveicolo funzionante a ciclo Diesel, possiamo determinare,

in prima analisi, mediante i dati a disposizione, i chilometri percorsi con un litro di gasolio, ovverosia: 1

100 (Km) / 4,7 (l) = 21,27 Km/l.

E in seconda analisi, il suo consumo orario; sapendo che, ogni 100 Km percorsi nel tempo di 1 ora, il consumo di carburante è di 4,7 litri, è intuibile che il consumo orario diverrà:

Qh = 4,7 l/h → 4,7 · 10^-3 m³/h.

E il suo consumo massico orario, sarà:

Gh = Qh · ϱ.

Gh = 4,7 · 10^-3 (m³/h) · 835 (Kg/m³) = 3,9 Kg/h.

Ora, determiniamo il consumo specifico di combustibile:

Cs = Gh / Ne.

Cs = 3,9 (Kg/h) / 17 (Kw) = 0,23 Kg / Kw · h → 6,4 · 10^-5 Kg/KJ → 64 g/MJ.

Valore che rientra nelle caratteristiche medie dei M.C.I. a ciclo Diesel; solitamente i parametri sono compresi tra 55 - 75 g/MJ.

Il rendimento globale, inteso come il rapporto fra il lavoro effettivamente reso all’albero motore della motrice e l’equivalente meccanico del calore speso, risulta:

ηg = 1 / Cs · Pci.

ηg = 1 / 6,4 · 10^-5 · 42500 = 0,367.

Valore decisamente accettabile; solitamente i valori sono compresi tra 0,3-0,38.

Ricordando che il rendimento globale del motore è ottenuto come prodotto dei singoli rendimenti parziali, ovverosia:

ηg = ηm · ηi · ηid.

Dove ηid rappresenta il rendimento termico ideale del ciclo Diesel; mediamente solo il 60% del calore Q1 speso si trasforma in energia disponibile sull’albero motore, una forte percentuale di calore Q2 viene perduta.

Il termine ηi rappresenta il rendimento indicato definito come il rapporto fra il lavoro indicato Li ed il lavoro teorico Lt, o, più propriamente, il rapporto tra l’area del ciclo indicato o del ciclo reale (rilevato mediante appositi apparecchi indicatori) e l’area del ciclo teorico ideale; mediamente il lavoro misurato dall’area del ciclo reale non supera il 50 – 70 % di quello corrispondente al ciclo teorico.

Il termine ηm rappresenta il rendimento meccanico definito come il rapporto fra il lavoro utile misurato sull’albero motore e il lavoro indicato generato nei cilindri. La potenza effettiva resa, quella che l’albero a gomiti può realmente trasmettere alla frizione, sarà evidentemente inferiore a causa delle dispersioni di energia necessarie a vincere gli attriti meccanici (fra segmenti e pareti dei cilindri, nei cuscinetti, per azionamento degli organi di distribuzione, della pompa dell’olio, ecc…); mediamente solo il 88 – 84 % del lavoro indicato si trasforma in energia disponibile all’albero motore. 2

Come controprova, solo per questa configurazione motoristica, conoscendo i valori medi dei vari rendimenti, si può determinare il rendimento globale:

ηg = 0,86 · 0,70 · 0,60 = 0,361.

Valore quasi coincidente con quello calcolato in precedenza.

Considerando il motore, della medesima potenza, ad accensione comandata, quindi un motore a ciclo Otto 4T alimentato a benzina, e valutando che un’auto alimentata a benzina percorre, con un litro di carburante, una distanza di circa il 30% in meno rispetto ad una autovettura alimentata a gasolio, i Km percorsi, con 1 litro di carburante, saranno:

Km percorsi = 21,27 · 0,7 ~ 15 Km/l.

Il consumo orario diverrà:

Qh = 100 (Km/h) / 15 (Km/l) = 6,6 l/h → 6,6 · 10^-3 m³/h.

Il consumo massico orario sarà: