Paniere di Progettazione di macchine (2025) - Risposte aperte

Essa è una trasformazione isoentropica, adiabatica e reversibile;

- Combustione (2-3) Alla fine della fase di compressione, con modalità diverse nei

motori Otto e in quelli Diesel, si avvia la combustione;

- Espansione (3-4) Alla fine della combustione i gas, caratterizzati da elevati valori di

pressione e di temperatura, si espandono compiendo lavoro sul pistone, che si sposta

verso il PMI. In questa fase l’energia termica assorbita dai gas viene convertita in

energia meccanica; essa è una trasformazione isoentropica, adiabatica e reversibile;

- Scarico (4-5-6) In corrispondenza del PMI la valvola di scarico si apre

istantaneamente, interrompendo l’espansione dei gas prima che raggiungano la

pressione atmosferica, con conseguente perdita di lavoro utile. La differenza di

pressione fra interno del cilindro e ambiente esterno fa si che parte dei gas combusti

fuoriescano spontaneamente dal cilindro senza movimento del pistone.

Istantaneamente la pressione scende al valore ambientale (scarico libero, 4-5). Nel

ritorno del pistone verso il PMS si completa l’espulsione dei gas, con la pressione che

si mantiene costante al valore ambientale (scarico forzato, 5-6).

53. Tracciare i diagrammi p-V di un ciclo a pressione cotante a piena

immissione ideale di un motore a combustione interna a 4 tempi, indicando

esplicitamente le quattro fasi del ciclo

Il processo prevede diverse fasi:

- Aspirazione (6-1) Dopo l’apertura della valvola di aspirazione in corrispondenza del

PMS, il pistone retrocede verso il PMI richiamando la carica fresca all’interno del

cilindro; esso è un processo adiabatico, con apertura e chiusura istantanea della

valvola in corrispondenza dei punti morti e pressione di aspirazione costante

- Compressione (1-2) In corrispondenza del PMI si chiude la valvola di aspirazione e il

pistone inizia a risalire verso il PMS. Durante la corsa, con entrambe le valvole chiuse,

Scaricato da Dominikview (domsmimmo@gmail.com)

lOMoARcPSD|47650919

la carica fresca racchiusa all’interno del cilindro viene compressa con spesa di lavoro.

Essa è una trasformazione isoentropica, adiabatica e reversibile;

- Combustione (2-3) Alla fine della fase di compressione, con modalità diverse nei

motori Otto e in quelli Diesel, si avvia la combustione;

- Espansione (3-4) Alla fine della combustione i gas, caratterizzati da elevati valori di

pressione e di temperatura, si espandono compiendo lavoro sul pistone, che si sposta

verso il PMI. In questa fase l’energia termica assorbita dai gas viene convertita in

energia meccanica; essa è una trasformazione isoentropica, adiabatica e reversibile;

- Scarico (4-5-6) In corrispondenza del PMI la valvola di scarico si apre

istantaneamente, interrompendo l’espansione dei gas prima che raggiungano la

pressione atmosferica, con conseguente perdita di lavoro utile. La differenza di

pressione fra interno del cilindro e ambiente esterno fa si che parte dei gas combusti

fuoriescano spontaneamente dal cilindro senza movimento del pistone.

Istantaneamente la pressione scende al valore ambientale (scarico libero, 4-5). Nel

ritorno del pistone verso il PMS si completa l’espulsione dei gas, con la pressione che

si mantiene costante al valore ambientale (scarico forzato, 5-6).

55. Effettuare il confronto tra cicli Otto e Diesel ideali a parità di calore

introdotto e di pressione massima, spiegando le differenze.

Ipotizzando identici il calore introdotto e la pressione massima raggiunta, i due cicli

avrebbero rapporti volumetrici di compressione differenti. In questo caso si avrà che il

calore scaricato dal ciclo Diesel ideale alla sorgente fredda risulterebbe inferiore di

quello scaricato dal ciclo Otto ideale. Di conseguenza si ha che, dato un più alto

rapporto volumetrico di compressione del ciclo Diesel ideale si ha che quest'ultimo

avrà un rendimento termodinamico maggiore rispetto a quello del ciclo Otto ideale.

54. Esprimere il rendimento termodinamico del ciclo Diesel ideale

Il rendimento termodinamico di un motore a ciclo Diesel ideale può essere espresso

dalla relazione:

con r elevato a k-1 che indica il rapporto volumetrico di compressione, tra T1 e T2,

ovvero le temperature ad inizio e fine della trasformazione 1-2 isoentropica. La

trasformazione 2-3 è un'isobara e viene indicato con b il rapporto volumetrico di

combustione a pressione costante, ovvero T3 su T2. Si può dunque dire che il

rendimento termodinamico di un ciclo Diesel ideale aumenta all'aumentare del

rapporto volumetrico di compressione mentre diminuisce al diminuire del rapporto

volumetrico di combustione.

60. Illustrare il principio di funzionamento del carter pompa

Scaricato da Dominikview (domsmimmo@gmail.com)

lOMoARcPSD|47650919

Il principio di funzionamento del carter pompa prevede i seguenti passaggi:

- 1° tempo (compressione ed accensione nel cilindro): chiuse le luci di lavaggio, il

pistone genera una depressione nel basamento, richiamandovi la carica fresca;

- 2° tempo (combustione ed espansione nel cilindro): nella sua corsa di discesa il

pistone comprime la carica fresca nel basamento e la trasferisce nel cilindro.

53. Tracciare i diagrammi p-V a volume costante a piena ammissione ideale

di un motore a combustione interna a 4 tempi, indicando esplicitamente le

quattro fasi del ciclo

Il processo prevede diverse fasi:

- Aspirazione (6-1) Dopo l’apertura della valvola di aspirazione in corrispondenza del

PMS, il pistone retrocede verso il PMI richiamando la carica fresca all’interno del

cilindro; esso è un processo adiabatico, con apertura e chiusura istantanea della

valvola in corrispondenza dei punti morti e pressione di aspirazione costante

- Compressione (1-2) In corrispondenza del PMI si chiude la valvola di aspirazione e il

pistone inizia a risalire verso il PMS. Durante la corsa, con entrambe le valvole chiuse,

la carica fresca racchiusa all’interno del cilindro viene compressa con spesa di lavoro.

Essa è una trasformazione isoentropica, adiabatica e reversibile;

- Combustione (2-3) Alla fine della fase di compressione, con modalità diverse nei

motori Otto e in quelli Diesel, si avvia la combustione;

- Espansione (3-4) Alla fine della combustione i gas, caratterizzati da elevati valori di

pressione e di temperatura, si espandono compiendo lavoro sul pistone, che si sposta

verso il PMI. In questa fase l’energia termica assorbita dai gas viene convertita in

energia meccanica; essa è una trasformazione isoentropica, adiabatica e reversibile;

- Scarico (4-5-6) In corrispondenza del PMI la valvola di scarico si apre

istantaneamente, interrompendo l’espansione dei gas prima che raggiungano la

pressione atmosferica, con conseguente perdita di lavoro utile. La differenza di

pressione fra interno del cilindro e ambiente esterno fa si che parte dei gas combusti

fuoriescano spontaneamente dal cilindro senza movimento del pistone.

Istantaneamente la pressione scende al valore ambientale (scarico libero, 4-5). Nel

ritorno del pistone verso il PMS si completa l’espulsione dei gas, con la pressione che

si mantiene costante al valore ambientale (scarico forzato, 5-6).

54. Esprimere il rendimento termodinamico del ciclo Sabathé ideale

Scaricato da Dominikview (domsmimmo@gmail.com)

lOMoARcPSD|47650919

Il rendimento termodinamico di un motore a ciclo Sabathé ideale può essere espresso

dalla relazione:

con r elevato a k-1 che indica il rapporto volumetrico di compressione, tra T1 e T2,

ovvero le temperature ad inizio e fine della trasformazione 1-2 isoentropica. La

trasformazione 3-3’ è un'isobara e viene indicato con b il rapporto volumetrico di

combustione a pressione costante, ovvero T3 su T3’. Invece a è detto rapporto

manometrico di combustione a volume costante (infatti tra 2 e 3’ il volume resta

costante) ed è definito dal rapporto tra T3’ e T2. Si può dire che il rendimento del ciclo

Sabathé ideale aumenta all'aumentare del rapporto volumetrico di compressione.

55. Effettuare il confronto fra i cicli Otto e Diesel ideali a parità di rapporto

volumetrico di compressione e di calore introdotto, spiegando le differenze

Mettendo a confronto le espressioni dei rendimenti dei cicli ideali a volume costante

(ciclo Otto ideale) e a pressione costante (ciclo Diesel ideale), da questo deriva che

ciclo Diesel ideale presenta un rendimento termodinamico che è sempre inferiore a

quello del ciclo Otto ideale poiché il termine che differisce tra i due rendimenti

termodinamici che è presente solo nel ciclo Diesel è sempre maggiore di 1; Inoltre,

dato che la quantità di calore introdotta nei due cicli è per ipotesi identica, risulta che,

a parità di rapporto volumetrico di compressione, il ciclo Otto ideale presenta un

rendimento termodinamico superiore al ciclo Diesel ideale.

55. Tracciare sullo stesso grafico l'andamento del rendimento

termodinamico dei cicli ideali Otto, Diesel e Sabathé in funzione del

rapporto volumetrico di compressione.

56. Illustrare le differenze fra il ciclo ideale a volume costante ed il ciclo

indicato di un motore Otto, indicandone brevemente le cause

Il ciclo indicato di un motore Otto presenta, rispetto al ciclo ideale a volume costante,

differenze sia in termini di forma del ciclo, sia di valori di temperatura e pressione

raggiunti. Le differenze nella forma del ciclo sono legate al diverso andamento delle

curve di espansione e compressione, al fatto che i tratti in cui avviene lo scambio di

calore con l’ambiente esterno non sono rettilinei come rappresentato nel ciclo ideale

ma curvilinei; infine, anche i punti che nel ciclo ideale risultano degli spigoli, nella

realtà (e quindi nel ciclo indicato) sono delle curve di raccordo.

Le cause di queste differenze possono essere:

Scaricato da Dominikview (domsmimmo@gmail.com)

lOMoARcPSD|47650919

- Perdite di calore: In un ciclo ideale le perdite di calore sono nulle per ipotesi; nel ciclo

indicato sono invece presenti e di entità non trascurabile. Dato che il cilindro e la

testata dei motori vengono raffreddati, una parte del calore viene trasmessa dal fluido

alle pareti del motore. Le trasformazioni di compressione ed espansione, quindi, nella

realtà non sono affatto adiabatiche, ma politropiche con esponente n diverso da k.

Poiché il fluido subisce perdite di calore, per l’espansione risulta n > k mentre per la

compressione n < k. Tali perdite comportano perciò una perdita di lavoro utile;

- Combustione non istantanea: Nel ciclo ideale per ipotesi la combustione avviene a

volume costante e, quindi, istantaneamente. Nel caso reale (ciclo indicate) invece,

non è affatto istantanea e richiede dunque un certo tempo. Questo comporta che se

l’accensione della carica avvenisse in corrispondenza del PMS, la combustione si

svilupperebbe dur