Riassunti meccanica agraria

MANOVELLISMO DI SPINTA

Nel manovellismo una manovella è prolungata all'infinito ed è quindi infinitamente più lunga dell'altra. Come sappiamo l'estremità di questa manovella (di quella più lunga) compie un arco. Se a questa estremità poniamo un pistone o stantuffo e lo facciamo scorrere in un cilindro rappresentiamo ciò che accade nei motori a pistone. Quando la manovella nel suo movimento rotatorio va a coincidere nella stessa direzione della biella, le lunghezze di ambedue una volta si sommeranno ed il pistone raggiungerà l'estremità più lontana della sua corsa, questo è chiamato punto morto superiore (PMS), una volta invece si sottrarranno ed il pistone si avvicinerà al centro di rotazione fino a raggiungere il punto morto inferiore (PMI). La distanza tra PMI e PMS si chiama corsa. Nel motore endotermico la combustione avviene all'interno del luogo ove si sviluppa il fluido attivo.

Capace di dare lavoro meccanico. I gas combusti spingono sul cielo del pistone provocando il suo movimento verso il PMI e grazie al manovellismo di spinta il moto rettilineo alternato del pistone è trasformato in moto rotatorio e continuo dell'albero motore.

MOTORI TERMICI

I motori termici sono quei motori in cui l'energia meccanica deriva dal calore prodotto dalla combustione del combustibile. Si dividono in:

ESOTERMICI ed ENDOTERMICI. Negli esotermici il calore prodotto dalla combustione del combustibile avviene esternamente alla camera dove si sviluppa l'energia meccanica. Un esempio è quello dato dalla pentola sul fuoco perché il calore prodotto dalla combustione del combustibile è data dall'accensione della fiamma, questa energia termica fa cambiare di stato l'acqua che trasformandosi in vapore acqueo fa sollevare il coperchio della pentola cioè si produce lavoro meccanico. Un tipico motore esotermico è quello a vapore.

Mentre negli endotermici il calore prodotto dalla combustione del combustibile avviene internamente alla camera dove si sviluppa l'energia meccanica. Un esempio di questi è il classico motore della macchina. CICLI DEL MOTORE ENDOTERMICO I cicli del motore endotermico sono: il CICLO OTTO, il CICLO DIESEL (propriamente detto) e il CICLO SABATHE'. - Il ciclo otto è tipico dei motori che impiegano una miscela aria benzina. Esso può essere rappresentato su un piano cartesiano ponendo in relazione la pressione nella camera di scoppio, nella y e nella x il volume della camera stessa. Questo ciclo è caratterizzato da un'impennata verticale della pressione al momento dell'accensione. Il tratto che rappresenta l'innalzamento della pressione è verticale perché la pressione è talmente repentina, veloce da verificarsi senza che il pistone abbia il tempo di spostarsi in basso a volume costante. - Il ciclo diesel all'opposto di

quanto accade nel ciclo otto, nel pianocartesiano il tratto che rappresenta la combustione è rappresentato da un segmento orizzontale in quanto la combustione stessa può essere definita lenta al punto che il pistone ha il tempo di spostarsi verso il basso provocando l'aumento del volume della camera di combustione.

Il ciclo sabathe'. Nei motori che seguono il ciclo sabathe' la combustione avviene a velocità intermedia tanto che il segmento che rappresenta tale fase è inizialmente verticale e poi orizzontale per via dell'aumento del volume della camera dovuto allo spostamento del pistone verso il basso. Questi motori utilizzano gasolio.

FASI DEL MOTORE ENDOTERMICO

In funzione dei giri dell'albero motore necessari per effettuare un giro completo i motori endotermici si dividono in: motori 4 tempi e motori a 2 tempi.

I motori 4 tempi completano il loro ciclo in 2 giri dell'albero motore cioè in 4 corse del pistone (due salite e

La trasformazione di energia in un motore a combustione interna avviene attraverso un ciclo di lavoro. I motori a combustione interna possono essere a 4 tempi o a 2 tempi.

Nei motori a 4 tempi, il ciclo di lavoro viene completato in due giri dell'albero motore, quindi in quattro corsi del pistone. Le fasi del ciclo di lavoro sono: aspirazione, compressione, espansione o scoppio e scarico. Durante l'aspirazione, il pistone si muove verso il basso, ovvero verso il Punto Morto Inferiore (PMI), e il fluido, ossia il combustibile, viene aspirato dal cilindro. Nella compressione, il pistone corre verso l'alto, ovvero verso il Punto Morto Superiore (PMS), comprimendo il fluido precedentemente aspirato tra se stesso e la testata del cilindro. Nell'espansione, il pistone, spinto dai gas della combustione, torna a dirigersi verso il PMI, provocando la rotazione dell'albero motore. Infine, nello scarico, il pistone torna al PMS e il suo movimento provoca lo scarico dei gas combusti grazie all'apertura della valvola di scarico.

I motori a 2 tempi completano il loro ciclo in un giro dell'albero motore, quindi in due corsi del pistone. Le fasi sono le stesse del motore a 4 tempi, ovvero aspirazione, compressione, espansione e scarico. Tuttavia, queste 4 fasi avvengono in tempi più rapidi.

E RENDIMENTO Nei motori termici l'energia chimica è trasformata prima in calore e poi in energia meccanica sotto forma di moto. Nel caso del motore endotermico a pressioni si individuano 2 rendimenti: termodinamico e meccanico al quale si aggiunge il grado di riempimento impropriamente detto rendimento volumetrico. Il rendimento termodinamico può essere espresso mediante il rapporto fra calore oppure lavoro eta(ne)=q/Q dove q è il calore indicato mentre Q è il Lavoro totale. q è il calore ottenuto dalla trasformazione del combustibile e trasformato in lavoro. Q è il calore totale ottenuto dalla trasformazione del combustibile. Il rapporto è sempre inferiore ad uno perché tutto il calore Q potrebbe essere trasformato in lavoro meccanico, però solo una parte di calore q è trasformata in lavoro meccanico. Infatti una consistente parte del calore di q viene utilizzata per irraggiamento del motore e una parte di calore è

perso tramite gas di scarico.

Il rendimento meccanico è espresso dal rapporto Lutile/Lindicato. Questo rapporto è sempre inferiore ad uno con Lu inferiore ad Li perché solo una parte del lavoro indicato è reso disponibile all’uscita del motore sotto forma di Lutile.

Il grado di riempimento. Come è stato detto nel cilindro è aspirata aria o miscela carburata. Se nel cilindro si aspira una quantità di aria o miscela minore di quella massima possibile, il rapporto fra la quantità di aria entrata nel cilindro e quella massima possibile sarà minore ad uno. In condizioni ideali nei quali i fluidi non incontrano resistenza nel loro moto (in questo caso nell’entrare nel cilindro transitando dallo stretto orifizio rappresentato dalla valvola di aspirazione) e nelle quali le valvole di aspirazione operano in maniera assolutamente istantanea il valore di tale rapporto sarebbe uguale ad uno (cioè tutto lo spazio.

disponibile vieneoccupato dal fluido). Tuttavia in condizioni reali tutto questo non avviene.

REGIME DI ROTAZIONE E VALORE ASSUNTO DAIRENDIMENTO

O rendimenti termici e maccanici e grado di riempimento non hanno unvalore costante bensì variano in funzione della velocità di rotazione delmotore. Il rendimento termodinamico è minore a bassi regimi, a ragionedel lungo lasso di tempo tra un’accensione e l’altra, e in questo lasso ditempo il motore ha il tempo di dissipare calore all’esterno e perciò diperdere energia. L’inverso accade ad alti regimi di rotazione dato ilridottissimo intertempo quindi si disperde meno calore tra un’accensionee la successiva. Il rendimento meccanico aumenta a bassi regimi ediminuisce a quelli alti, infatti a velocità elevate aumenta di numero glispostamenti del pistone con conseguente dissipazione di calore. Mentre abassi regimi cioè a velocità basse corrispondono minori movimenti

edunque minore dissipazione di energia. Il gradi di riempimento a bassiregime presenta un valore maggiore in quanto il risultato è vicinoall'unità mentre ad alti regimi il suo valore si abbassa fino ad annullarsi.Un esempio è quello della benzina della macchina.

LE CURVE CARATTERISTICHE DEI MOTORI TERMICI

Ogni motore termico è caratterizzato da curve della coppia, curve dellapotenza e curve del consumo specifico. Sul piano cartesiano possonoessere disegnate le 3 curve corrispondenti ai valori sopra indicati: coppia(n x m dove m indica il momento di una coppia ed n indica il numero digiri del motore), potenza (P=kW ossia kilowatt), consumo specifico(g/kWh).

I valori assunti dalla coppia del motore sono ricavati sperimentalmentefacendo funzionare al banco prova il motore ed esercitando un'azionefrenante sull'albero motore. Rilevando la velocità di rotazione dell'alberomotore e leggendo sul freno la forza applicata sarà

Possibile individuare la coppia erogata in quel momento dal motore. Mediante opportuni calcoli, nota momento per momento la coppia e la velocità sarà possibile ricavare anche le curve della potenza erogata ad un dato regime di giri. Il consumo specifico si ricava rilevando il consumo di combustibile in corrispondenza del numero di giri durante l'erogazione di una certa coppia. Le curve della coppia e della potenza segnano un massimo mentre le curve del consumo specifico segnano un minimo.

Per velocità superiori a quella corrispondente al valore della potenza massima, il motore funziona ma non eroga potenza aggiuntiva, anzi la potenza crolla. Questo è il campo di funzionamento improduttivo. (Esempio: quando accellero troppo con la macchina, aumentando il numero di giri fino al limite, la macchina non andrà oltre quella velocità massima e quindi si avrà la rottura del motore).

Per velocità inferiore a quella corrispondente al valore della

coppiamassima il motore entra nel campo del funzionamento instabile e basta una resistenza per farlo spegnere. (Esempio della macchina quando cammino a bassa velocità in una salita se non do la giusta potenza il motore si spegne) Vi è anche il campo di funzionamento stabile situato sempre all'interno. COMPORTAMENTO DEL MOTORE E VALORE DEI 3 RENDIMENTI I comportamenti assunti dal motore nei 3 campi sono dovuti all'andamento che i 3 rendimenti assumono a loro volta in ciascuno dei campi stessi. Il rendimento termico precipita a bassi regimi ed è proprio la produzione di potenza ridotta a rendere instabile il motore fino a provocarne facilmente lo spegnimento. Nel campo di funzionamento improduttivo i massimi valori del rendimento termico non compensano i bassi rendimenti meccanici ed il precipitare del grado di riempimento. ELASTICITÀ DI UN MOTORE Capacità