Appunti Impianti Navali [parte di propulsione]

C

I.c

Collettore di aspirazione · Filtro che aspira aria

6 cilindri in - dalla sala macchine

linea (6L). ⑨ Va al fumaiolo (scarico)

T

Collettore di scarico e

Condotte di scarico e aspirazione

per ciascun cilindro.

L’aspirazione di solito avviene dalla sala macchine tranne in alcune applicazioni come quella

militare che prevedono l’aspirazione dall’esterno o comunque attraverso un canale dedicato.

Isolamento acustico

Si tiene segregata l’aspirazione del

diesel da tutto il resto per due motivi: NBCR (Nucleare, Batteriologico,

Chimico, Radioattivo).

CICLO IDEALE A 4T:

N.B.: questo e' il ciclo aspirato 1-2 (Compressione adiabatica): ovvero non

ci sono scambi di energia con l’esterno.

Combustione

P 3'

3 j 2-3 (Isocora): perche' scoppia il combustibile ed

- · i

I 3'' immediatamente la pressione aumenta a volume costante.

2

↑ 3-3' (Isobara): il pistone continua a

muoversi e P diventa costante.

C’e' una variante (Ciclo Eichelberg) che prevede un

4 3'' tramite una isoterma. Se 3' = 3'' ciclo Sabathé.

0 1

-

- 3'-4 (Espansione adiabatica).

V 4-1 (Isocora): il drop istantaneo di pressione deriva

& dall’apertura della valvola di scarico (blow-down).

- 1-0 (Ciclo di pompaggio): serve ad eliminare i

(Pms) (Pmi) gas esausti e a rifare di aria fresca il cilindro.

Nella realta' si utilizza un ciclo reale che viene misurato nei 4 tempi con un indicatore , ovvero

un sensore di pressione che si mette nella testata del cilindro, nei motori che vengono provati

al banco, che consente di misurare istante per istante la pressione all'interno della camera di

combustione. Si rappresenta in maniera analoga il ciclo indicato. (Indicato perche

indicato:

Ciclo li misuro con gli

Pressione SPau indicatori)

& indicato:

Lavoro ↳

indicata

3' =

3

P (V)

Pi

-

: 2

D

I I La cilindrata V

: = 4

2 macchina)

dalla

fatto

(Lavoro

L>0

4

· 1

p

N

0 · -

- I I macchina)

dalla

richiesto

(Lavoro

L<0

V

Cilindrata

V forzato

Scarico

forzata

Aspirazione

J un

l’ho

ce

drop

il

quindi

scarico

di

valvola

della

chiusura

la

anticipo

Io

rotondo.

più

po’

un

È in

aspiro

aspiro,

quando

che

di

dopo

positiva,

pressione

una

ho

scarico

Quando

prima.

po’

depressione. siamo

più

sotto

di

ciclo

il

piccolo

e'

piu'

e

sopra

di

ciclo

il

grande

e'

piu'

sostanza

In

contenti. Potenza indicata

V

Cilindrata = 1 Spar Lin

Se divido Li per V ottengo.. Pi

PMi = = Eo

u

Pressione media indicata Lavoro Numero di cicli al

Y

indicato = 2 per i 4T

ε

secondo

per ciclo Per i 2T vale 1

Indicatore dal quale ho calcolato la pi e da

7 cui ho calcolato la Potenza indicata (Pi)

Albero a gomiti

t

I Freno strumentato che mi permette di Misura la potenza

misurare quanta potenza sto dissipando al freno (Pb)

A questo punto ho due potenze, Pi (misura indiretta ricavata dalla misura della

pressione) e Pb (misura diretta). Queste due non sono uguali, in particolare Pb < Pi.

P Quindi attriti sui cuscinetti di banco,

Rendimento meccanico: = interazione cilindro pistone o-ring.

Il rendimento meccanico si puo misurare perche basta misurare Pb e Pi, posso

misurare le perdite meccaniche.

=

Mi

PiMm

Pr Li V Mi pi

=

= .

. pme = pressione media effettiva.

↳

Dentro al cilindro c'e' la pressione media indicata che e' quella che misuro, la pressione media

effettiva e' una comodita' di calcolo: scarico sulla pressione il rendimento meccanico ma di

fatto se vado a misurare, non la posso misurare la pressione media effettiva perche non esiste.

(E' una definizione) V

Questa a sinistra vale per 1 cilindro mentre

Vin z

n

PB .

PB .

pme pme

=

= . . E

per z cilindri vale questa a destra.

Noi sappiamo che:

Numero di giri al secondo

N

PB Coppia al freno

QB

2πn

= . Costante

Potenza al freno

-

2TE

V n

Unendo le due formule sopra ottengo: 2Th OB pme

pme . AB

· =

= . V

E pre 9 B

d per

coppia

=

pme cilindrata

di

unita'

Il pme per i 4T medi varia tra i 20-30 bar mentre per 4T veloci > 30 bar.

Per un 4T medio vale circa 1,5.

Il rapporto corsa su alesaggio l /D Per un 4T veloce 1-1,2

Abbiamo 3 modi per esprimere la P :

B

S V n

PB Se unisco la 3° con la 1° ottengo:

.

pme

I = . E Vin

nif. Mene Pme

Hi =

. .

PB QB

2

2 .

= - My Menz

Hi E

Menif

PB .

. massa iniettata per ciclo

Hi Ome

3 = . =

= .

V n

.

↳ Massa di fuel per La pme e la coppia Q sono proporzionali

unita' di tempo. alla massa iniettata per ciclo.

Dall'ultima so che se il rendimento

mif

e' costante, Pr &

↳ proporzionale

La potenza e' proporzionale al consumo nel senso della portata di combustibile (quanto

combustibile consumo al secondo) mentre la coppia e' proporzionale alla massa di

combustibile iniettata per ciclo.

Le curve caratteristiche dei motori (viste in macchine) sono fatte a parita' di portata di

combustibile/apertura della valvola , si fanno delle prove al banco e si ricostruiscono le

curve. Queste curve sono belle per capire le prestazioni del motore ma non sono utili dal

punto di vista dei progettisti: noi utilizzeremo i diagrammi di carico.

DIAGRAMMA DI CARICO (LOAD DIAGRAM):

Ne esistono di due tipi, quello più diffuso e' il piano P-n per i Diesel navali mentre

l’altro e' il piano Q-n diffuso in ambito automobilistico e per motori elettrici navali.

Piano potenza-giri (P-n): Piano coppia-giri (Q-n):

P Q

Linee a potenza ISO-Q

:

costante (ISO-P) Q = P 1

2π n

ISO-Q sono delle rette

passanti per l’origine ISO-P sono

A

P = 2πn Q

Q delle iperboli

all'aumentare della coppia

aumenta il coefficiente angolare

n n

↑ N

ISO-n ISO-n

-

Il diagramma di carico e' una regione del piano (dominio) che rappresenta i punti di

funzionamento possibili del motore.

Abbiamo una curva limite che divide la zona in cui si puo' stare da quella in cui non si puo stare.

Avremo una serie di curve limite che delimitano una regione di piano.

Diagramma tipico di un 4T:

P Q max

! Giri massimi e Normalmente la coppia

- & coppia massima massima si puo' erogare

a dei giri che sono un po

Potenza massimo del motore

⑨ meno di quelli massimi,

circa 80% dei giri.

Area di funzionamento del motore

A curva limite del motore

n

-

n massimi

n minimi f

f

Surge-line ovvero il pompaggio del

f compressore (non c’è nei motori aspirati)

Il compressore va in pompaggio quando si trova a lavorare e elaborare portate di aria basse.

Succede a giri molto bassi con coppie molto alte.

Allo stesso tempo implementa il limite di fumosita'. Adesso che ci sono le normative anti

inquinamento questa la chiamano sempre surge line ma in realta' non va in pompaggio il

compressore, e' che in quella zona il motore non rispetta piu la normativa anti inquinamento.

Spostando quindi la surge line sempre piu a destra per cercare di ridurre le emissioni

inquinanti.

Il pompaggio e' un fenomeno instabile quindi potenzialmente il compressore si potrebbe

rompere, questo perche' il flusso dell'aria inizia ad andare avanti e indietro che innescano

delle vibrazioni che poi fanno danni.

P Punto piu' importante per i 4T

1 C E' il punto di massimo regime di

Overload MCR (Maximum

diagram ...

& funzionamento continuativo del

D

continuous rating) motore (inteso come coppia e giri).

↳ indefinito

tempo

X un

In questa regione possiamo mappare

la superficie dei consumi specifici.

SFOC n

M p

Over speed

n max

continuativi

A volte viene fornito un diagramma di carico chiamato overload diagram fatto come quello

verde nel disegno nel quale ci si puo' stare per un periodo di tempo limitato. Il motivo per

cui non ci si puo' stare non e' una questione di tempo ma di temperature.

Ei All’interno del motore sono presenti dei sensori, quando varie parti del

motore iniziano a scaldarsi un po troppo va in protezione e stacca tutto.

Lo mappiamo con

Possiamo immaginarci la superficie degli SFOC = f (n,Pb) I delle curve di livello

Lo SFOC minimo varia tra i 70-85% del MCR

80-95% n MCR

↳

Il consumo specifico e' per unita' di potenza: n max

&

mf = SFOC P

·....

Ipotizziamo che lo SFOC = costante quindi anche = costante.

M Engine &

cio P

alla

proporzionale

sara'

mf

La B

implica

Come sono fatte le ISO-portata combustibile se il rendimento e' costante?

Sono orizzontali.

Diagramma di carico REALE: Diagramma di carico IDEALE:

SFOC (A) < SFOC (B) quindi anche ⑨

P Le ISO mf vanno verso l’alto.

mf(A) < mf(B) < mf(C)

P M

1 : La mia superficie

↑

-

C degli SFOC e'

Le ISO mf vanno

A B piatta (costante)

verso il basso quindi non ho

perche' il consumo n curve di livello.

specifico non e' &

costante quindi

consumo di più.

SFOC n

↑

Ipotizzando che lo SFOC e il costante

≠

M

Engine

Quando sceglieremo il motore diesel prenderemo un po' di margine, proprio per il fatto che

il diesel e' piu "contento" se non e' proprio tirato al massimo. (contrariamente alla TAG)

Diagramma di carico (motore diesel) nel piano REALE Q-n a sinistra e quello IDEALE a destra:

Q n min n max Q

Surge line Coppia massima

T Qmax

MCR

& ISO-mf sono

- -

A delle iperboli

D

f

* Potenza massima

mf s come le iso

(iperbole) mf potenze

SFOC ISO-mf se il

·

I rendimento

n fosse costante. n

P P di

assorbimento

di

curva

una

sia

inserisco

ci

interno

suo

Al

P-n.

piano

un

Prendiamo RPM.

massima1000

e

RPM

350

minima

velocita'

di

fa

che

medio

4T

bel

u