| Nozioni Tecniche Fondamentali
Adiabatico o isoentropico
Qualsiasi sistema che non permette scambio di calore coi sistemi adiacenti. In particolare le fasi del motore di compressione e di espansione e le trasformazioni veloci vengono assimilate a trasformazioni adiabatiche, anche se in realtà esiste uno scambio di calore col liquido refrigerante. Durante queste fasi il lavoro prodotto (espansione) o quello ricevuto (compressione) dal gas interno al cilindro, e cioè dal motore stesso, è uguale all’energia interna ceduta o ricevuta dal gas stesso, cioè è proporzionale al suo salto termico.
Alesaggio
Diametro (in millimetri) del cilindro nel quale scorre il pistone. La scelta del rapporto alesaggio/corsa è importante a seconda delle caratteristiche del motore che si vogliono ottenere.
Angolo di combustione
E’ la misura in gradi della rotazione del motore durante la fase di combustione. Nel motore NA questo valore è piuttosto costante al variare del numero di giri. La ragione di ciò dipende dal fatto che la velocità di propagazione del fronte di fiamma è proporzionale alle turbolenze (vedi swirl) e queste sono proporzionali al regime di rotazione. La conseguenza è che il motore NA può salire di giri enormemente (oggi siamo oltre i 18.000 giri/min nei motori da competizione). La scintilla scocca poco prima del raggiungimento del punto morto superiore (PMS), la pressione aumenta raggiungendo il suo massimo attorno ai 20° dopo il PMS, e la combustione cessa attorno ai 65-75° dopo il PMS. All’apertura della valvola di scarico la pressione è attorno ai 3-5 bar.
Attrito
Resistenza al moto che incontra un corpo a contatto con un altro, sia che si tratti di solidi fluidi, nelle varie combinazioni. Nel caso assai comune di contatto tra solidi si parla di attrito radente e volvente. Nell’attrito radente c’è strisciamento e la forza resistente (di attrito) di pende dal valore della componente verticale della forza di contatto (molto spesso il peso). Tale componente va moltiplicata per un coefficiente (coeff. d’attrito) che dipende dalla natura dei materiali a contatto e che è diverso a seconda che si tratti di attrito statico (di primo distacco) o cinetico (a strisciamento in corso). esso dipende anche da altri fattori (temperatura ecc.) trascurabili in prima approssimazione. Nell’attrito volvente c’è rotolamento tra le due superfici a contatto e quindi la velocità relativa è nulla nel punto di contatto. L’attrito volvente è molto inferiore a quello radente, anche se la formula è la stessa, perché grande è la differenza tra i rispettivi coefficienti. La lubrificazione ha lo scopo di trasformare un attrito tra solidi in un attrito tra solido e fluido, che è regolato da cefficienti ancora più bassi.
Autoaccensione
Fenomeno per cui la miscela aria/benzina brucia in tempi diversi da quelli corrispondenti allo scoccare della scintilla della candela. Facilitata dagli alti rapporti di compressione (come anche la detonazione) e da rimasugli incandescenti. Il rendimento precipita. Ci sono fenomeni di preaccensione e di postaccensione, questi ultimi meno importanti. La preaccensione è innescata da punti caldi localizzati (depositi carboniosi, elettrodi, valvole ecc.) che si surriscaldano durante la compressione, bruciano la miscela in anticipo rispetto allo scoccare della scintilla: di conseguenza i gas combusti restano più a lungo nel cilindro riscaldandone le pareti e quindi esaltando il fenomeno anticipandolo sempre più, fino a precedere il P.M.S. e quindi creare un lavoro negativo. Scende il rendimento e addirittura può accendersi la miscela nei condotti di aspirazione. Se l’autoaccensione avviene in contemporanea allo scoccare della scintilla o poco dopo essa non è avvertibile durante la marcia ma si presenta come difficoltà di spegnere il motore.
Cilindrata unitaria - Frazionamento
La cilindrata di un solo cilindro. Quanto più essa è piccola (motore frazionato) tanto più migliora il rendimento termico perché il diametro piccolo permette di aumentare il rapporto di compressione, dal momento che che allontana la detonazione. Inoltre aumenta la potenza specifica perché si può salire con i giri. Il raffreddamento è facilitato. Maggiore è l’uniformità della coppia motrice che viene da un numero di scoppi al giro più elevato. Migliora l’equilibramento delle masse. Per contro, riducendo la cilindrata unitaria peggiora il rendimento meccanico per l’aumento degli attriti; aumentano il costo di produzione, l’ingombro e la massa. Quanto al frazionamento, il classico quattro cilindri in linea ha vibrazioni abbastanza evidenti, annullabili con gli alberi controrotanti*, e una certa ruvidità di rotazione, specie sotto carico, però è pronto e potente. Meglio i 6 cilindri in linea e i loro multipli (V 12) un po’ meno pronti ai bassi regimi. I multipli del “4 in linea” (cioè i V8) sono come i “4 cilindri” ma più regolari nella rotazione. Le cilindrate dispari o a “V stretto” sono dei compromessi per avere ingombri ridotti.
Contropressione
Resistenza fluodinamica che impedisce l’efflusso dei gas di scarico dal motore all’atmosfera. E’ causata dalla resistenza al moto nei tubi dei condotti di scarico e dalla presenza lungo essi di marmitte o zone di confluenza tra gli scarichi dei vari cilindri. La contropressione può essere anche negativa risultando così utile per l’estrazione dei gas combusti (depressione). Ad esempio all’apertura della valvola di scarico i gas caldi e ad alta pressione spingono la colonna di gas che occupa la parte più prossima del tubo di scarico facendole acquistare notevole velocità. L’onda di pressione però si muove velocemente, molto più velocemente della andatura del gas, che è poi circa quella di risalita del pistone nella fase di scarico. Perciò dietro l’onda di pressione si forma una zona di depressione che, se coincide con la fase finale di risalita del pistone (valvole entrambe aperte) facilita l’estrazione dei gas combusti.
Coppia
Viene così definita la grandezza (detta anche “momento”) che serve per far ruotare o torcere un albero operando con una forza, ovviamente piazzata distante dall’asse dell’albero (distanza = braccio della forza), altrimenti lo farebbe flettere e non ruotare. Numericamente vale il prodotto della distanza tra albero e forza per il valore della componente della forza perpendicilare all’albero e alla distanza. Quella erogata da un motore (coppia motrice o in altri termini, meno scientifici, la “spinta del motore”) non è costante, ma è il risultato della forza esercitata dalla pressione dei gas sul cielo del pistone durante la combustione e della posizione della manovella. La vecchia unità di misura della coppia, era il chilogrammetro (kgm), che indicava l’azione esercitata dalla forza di un kg applicata a un metro di distanza dall’albero e perpendicolarmente al suo asse. Con le nuove unità di misura la coppia viene espressa invece in newtonmetri (Nm), che sono 9,81 volte più piccoli rispetto al kgm. La potenza è strettamente dipendente dalla coppia e fra le due grandezze vi è il seguente legame: potenza (W) = coppia (Nm) x velocità di rotazione (rad/s). Un buon motore aspirato alimentato a benzina ha attualmente una coppia massima, misurata in Nm, numericamente pari a circa la cilindrata (espressa in cm3) diviso 10: formula empirica. Conversione dalle unità inglesi a quelle del sistema internazionale: 1 lb x ft = 1,36 Nm.
Coppia specifica
Valore della coppia rapportato all’unità di cilindrata, quest’ultima espressa in litri. Per le vetture di serie a benzina un valore elevato di riferimento è di 100 Nm/litro. Per le vetture diesel sovralimentate si ottengono valori attorno a 150 Nm/l.
Corsa
E’ il valore, espresso in millimetri, dell’escursione del pistone nel cilindro dal punto più basso (chiamato punto morto inferiore) al punto più alto (punto morto superiore).
Cut-off
Dispositivo elettronico di economia di carburante che interrompe automaticamente l’erogazione di benzina quando il pedale dell’acceleratore è completamente sollevato e il motore gira oltre un determinato regime (di solito più di 1300 giri al minuto). Quando il motore scende sotto tale regime, viene ripristinata la mandata di benzina, evitando così lo spegnimento del propulsore o incertezze in fase di ripresa.
Coppia di serraggio
La coppia da applicare a una vite per serrarla senza snervarla o danneggiare il filetto, ma anche senza che essa tenda a svitarsi col tempo. Ad esempio la coppia di serraggio dei cerchi delle ruote contro le flange ha valori che vanno da 50 a 140 Nm circa a seconda del diametro del filetto e del materiale del cerchio. Le coppie più alte sono per filetti col diametro da 14 mm e cerchi in lega; quelle più basse per filetti da 10 mm e cerchi in acciaio.
Detonazione
Fenomeno tipico dei motori ad alto rapporto di compressione, legato alla combustione della benzina in seguito al quale la fiamma, invece di propagarsi gradualmente nella camera di scoppio, provoca onde di pressione con picchi irregolari e molto elevati che danneggiano i pistoni e la testa dei cilindri. Durante la combustione la miscela si accende allo scoccare della scintilla e, SE NON C’è MOVIMENTO DI MISCELA FRESCA, la fiamma si propaga lentamente creando un fronte di pressione che alza la temperatura della miscela incombusta per compressione e per conduzione. Ciò sempre più parossisticamente al punto che la miscela incombusta prende spontaneamente fuoco creando onde di pressione a velocità altissima. Sono le onde che rimbalzando sulle pareti danno luogo alla detonazione. Si può evitare utilizzando benzine con elevato numero di ottano oppure abbassando la temperatura nella camera di scoppio usando miscele più «ricche» (carburazione), oppure molto povere (carica stratificata) e infine ritardando il momento in cui scocca la scintilla nella candela (anticipo d’accensione), o comunque prendendo qualsiasi provvedimento che velocizzi la combustione, ad esempio mantenendo il motore ad alto numero di giri (un motore da F1 in pratica non può detonare): in questo modo si riduce il tempo tra uno scoppio e l’altro e inoltre cala l’efficienza volumetrica (rapporto tra la pressione nel cilindro al termine della fase di aspirazione e quella atmosferica) che è come se il motore fosse meno compresso. Vedi anche velocità di fiamma e autoaccensione (fenomeno da non confondere con la detonazione). Camere emisferiche, che hanno salite di pressioni finali molto rapide (perché si riduce il volume a disposizione) allontanano il pericolo di detonazione, proprio per la rapidità dell’aumento di pressione, che non lascia il tempo alla persistenza delle condizioni critiche.
Diagramma della distribuzione
E’ il diagramma che riporta, in funzione dell’angolo di manovella, la posizione di apertura e chiusura degli organi della distribuzione (valvole per i motori a quattro tempi e luci per quelli a due tempi). Ad esempio un anticipo di 20° significa che quando la valvola sta per aprirsi mancano ancora 20° di rotazione dell’albero motore al raggiungimento del PMS (o al PMI nel caso di chiusura della valvola). Valori tipici di anticipo variano tra 5° e 15° e da 35° a 70° per il ritardo di chiusura, sempre in fase di aspirazione.
Disallineamento - Offset
Ci sono vari tipi di offset nel motore. Interessante quello, abbastanza recente come caratteristica in produzione ma molto estesa, tra punto di attacco tra pistone e biella (spinotto del piede) e centro del relativo cilindro per ridurre l’attrito sulla parete, causa anche di rumorosità. Il disassamento consente progressività nel passaggio dell’appoggio del pistone da un lato all’altro del cilindro. Anche per i pistoni a cielo piano esiste dunque un senso di montaggio ben preciso.
Angolo di incrocio - ricoprimento - delle valvole
Intervallo di rotazione dell’albero motore, misurato in gradi, durante il quale rimangono aperte simultaneamente le valvole di aspirazione e di scarico. Ciò avviene quando il pistone si trova al punto morto superiore (PMS), all’inizio della fase di aspirazione e alla fine della fase di scarico; è provocato dal ritardo di chiusura dello scarico e dall’anticipo di apertura dell’aspirazione rispetto al PMS. L’ampiezza dell’angolo d’incrocio è molto varia, in genere tra i 10° e i 60° (120° nei motori da competizione), e dipende sia dalle caratteristiche geometriche e costruttive del motore sia dalle prestazioni: ha comunque lo scopo di utilizzare al meglio l’effetto estrattore dell’onda di scarico. Più il motore è spinto tanto maggiore è l’angolo d’incrocio, tuttavia a partire dagli anni Settanta si è preferito ridurre il suo valore, in particolare il ritardo di chiusura delle valvole di scarico, allo scopo di limitare la fuoriuscita di benzina incombusta e, di conseguenza, le emissioni inquinanti e il consumo. Da qualche tempo, sui propulsori più raffinati sono montati variatori di fase che consentono di modificare l’incrocio durante il funzionamento del motore (vedi l’i-VTEC). Un elevato angolo d’incrocio è utile quando il motore è al massimo dei giri, perché contribuisce ad aumentarne la potenza. Ciò però penalizza il funzionamento ai medi e bassi regimi per cui i motori da corsa hanno dei rapporti al cambio tali da farli girare sempre attorno ai massimi giri: per questa ragione in passato le vetture da corsa avevano più marce di quelle normali e studiate perché in gara si utilizzassero tutte. Le macchine normali invece oggi hanno anch’esse numerose marce ma le utilizzano diversamente. Una prima solo per avviarsi o per le salite molto impegnative. Le altre marce sono molto spaziate e tali che portando i giri in alto prima della cambiata si entra nella marcia successiva attorno ai valori di coppia massima.
Anticipo d’accensione e di iniezione
Per dare tempo alla miscela aria-benzina di bruciare completamente, la scintilla della candela viene fatta scoccare prima che il pistone raggiunga il punto morto superiore, ossia la sua posizione più alta nel cilindro. Il valore di tale anticipo è definito dai gradi dell’angolo di cui è inclinata la manovella dell’albero a gomiti rispetto alla posizione verticale (corrispondente al punto morto superiore) nel momento in cui scocca la scintilla. L’anticipo è funzione del numero di giri e va aumentato in proporzione, a partire da zero fino a circa 40° rispetto al punto morto superiore. Come regola generale l’istante di accensione dovrebbe essere tale che quando il pistone raggiunge il P.M.S. (punto morto superiore) l’aumento di pressione è la metà di quello a fine combustione.
ECU
Sigla di Electronic Control Unit, modulo elettronico incaricato di controllare i parametri di un funzionamento e, tramite EDU (Electronic Driver Unit), spesso integrato con l’ECU, di inviare comandi a sistemi meccanicamente operativi.
Efficienza volumetrica
Rapporto tra la pressione nel cilindro al termine della fase di aspirazione e quella atmosferica. Quanto essa elevata, tanto meno è il lavoro di pompaggio (aspirazione). E’ una delle ragioni della superiorità del Diesel rispetto all’Otto (l’altra principale è il rapporto di compressione più elevato, cioè una ragione termodinamica). Per migliorare l’efficienza volumetrica si sono fatti i plurivalvole e i variatori di fase.
Grado di riempimento
Il rapporto percentuale tra la massa effettivamente introdotta nella fase di aspirazione e quella teoricamente corrispondente alla cilindrata determina il grado di riempimento. Esso è effettivamente quanto viene modificato tramite l’acceleratore nei motori muniti di farfalla, cioè in quelli NA, che parzializzano l’alimentazione introducendo la perdita di carico dovuta alla farfalla di cui sopra. Quando questa è completamente aperta si otterrebbe il massimo grado di riempimento, tuttavia esso è limitato dalle perdite di carico nei condotti di immissione, presenti comunque sempre come elemento di perdita del rendimento generale del motore in quanto sottraggono lavoro (pompaggio di aspirazione). I dispositivi a condotti variabili o plurivalvole sono fatti per diminuire tali perdite.
Fasatura -> argomento ripreso in maniera + approfondita nel messaggio successivo
Numerosi organi meccanici (accensione, distribuzione, iniezione) lavorano in sincronismo con il movimento dei pistoni, pertanto devono essere perfettamente «in fase» con l’albero motore, al quale sono collegati da catene o cinghie dentate. La fasatura dell’accensione, per esempio, è il legame angolare che intercorre fra la posizione del pistone e l’istante in cui scocca la scintilla (anticipo d’accensione), mentre quella della distribuzione serve a determinare il punto d’apertura e di chiusura delle valvole rispetto alla posizione del pistone (l’aspirazione apre e chiude in ritardo rispetto al PMS e al PMI mentre lo scarico apre e chiude in anticipo ripetto al PMI e al PMS: ciò determina l’”angolo di incrocio”). Tale punto, generalmente fisso, sui motori più moderni viene reso variabile tramite il Variatore di fase, che serve a migliorare il grado di riempimento del Volume totale del cilindro in funzione del numero di giri del motore. Valori normali prevedono un’apertura delle valovle di aspirazione che può partire da circa 50° prima del PMS (Punto Morto Superiore) e arrivare a 50° dopo il PMI (Punto Morto Inferiore) e quindi con un totale di apertura di poco meno di 50+180+50=280°. Le valvole di scarico hanno anticipi delle stesso ordine al PMI ma pochi gradi di ritardo al PMS e restano aperte per circa 220°. L’incrocio tra le valvole va dunque da pochi gradi a un massimo di circa 50°.
Grado termico delle candele
Definisce e classifica le candele in base alla capacità di smaltire il calore generato durante la combustione della miscela da parte della punta dell’isolatore, che è la parte più calda della candela. In termini numerici le candele sono costruite in modo che per ogni determinato motore non si superino i 900°C sulla punta e non si scenda sotto i 350°C. Poiché ogni motore ha un suo carico termico, ecco che gli deve corrispondere una candela con grado opportuno. Candele sbagliate portano a preaccensioni (battito in testa) o a depositi con mancate accensioni (guai alla catalizzazione) e, a lungo termine, a detonazione.
Inerzia
Resistenza opposta dai corpi a variazioni della intensità e/o direzione della loro velocità. Essa è identica alla forza necessaria per “smuoverli” dal loro stato di quiete o di moto rettilineo uniforme. In realtà la forza d’inerzia non esiste come forza, ma tale sembra al corpo umano quando si accelera o si frena oppure quando si è in curva: appoggiati a una parete in curva, questa spinge il corpo con la forza centripeta necessaria per comunicargli il moto curvilineo (cioè la variazione di velocità, che spesso è solo una variazione della direzione della velocità). Il corpo però percepisce una forza che lo spinge contro il muro e la chiama forza centrifuga. Dal punto di vista dei calcoli si può considerare il corpo sottoposto a una forza e ricavare l’accelerazione conseguente, oppure lo si può considerare in equilibrio sotto l’azione della forza (vera) e di quella d’inerzia (fittizia). La riduzione dell’inerzia è fondamentale per migliorare il rendimento di macchine in cui le parti devono essere accelerate: ad esempio nel moto dei pistoni. Invece l’inerzia può giocare un ruolo utile quando non si desidere che una parte venga accelerata: corpo vettura su una strada ondulata.
Isocora
Trasformazione termodinamica, cioè variazione dello stato di un gas, che avviene a volume costante. Nei motori si considera tale la fase di scoppio nel ciclo Otto, perché avviene istantaneamente nei pressi del punto morto superiore e anche la fase di scarico.
Momento di inerzia
E’ la misura della difficoltà che si incontra nel porre in rotazione un corpo o anche nell’arrestare un corpo che è in rotazione. Tra la coppia necessaria per far girare un corpo e la sua accelerazione angolare esiste una proporzione diretta che è appunto il momento di inerzia del corpo. Esso si misura in kg m2, mentre la velocità angolare è in rad/s. E’ evidente che quanto più il corpo pesa, tanto più è alta la sua inerzia, e quindi la massa del corpo (misurata in kg) influisce sul momento d’inerzia. Ma grande influenza ha anche la distanza delle varie masse in cui si può considerare diviso il corpo rispetto al centro di rotazione. Ecco perché compare, al quadrato, un valore di lunghezza, detto raggio giratore: tale valore è la distanza dal centro di rotazione in cui si potrebbe pensare concentrata tutta la massa del corpo per ottenere la stessa inerzia del corpo reale in considerazione. Il momento di inerzia è molto importante nelle considerazioni riguardanti i moti rotatori, così frequenti in campo automobilistico e motociclistico. Non solo per quanto riguarda le ruote, ma gli ingranaggi, gli alberi e tutto quanto è in rotazione. In genere si cerca di ridurre al minimo il momento di inerzia con materiali leggeri e “svuotando” le zone non importanti (usando cioè ad esempio le ruote a raggi) . Però l’inerzia può anche essere utile per regolarizzare un moto rotatorio che tende a non essere regolare: il volano ha questa funzione. Vedi anche effetto giroscopico.
Pressione media - lavoro specifico - BMEP - parametri di stress
La p.m.e. è la pressione media sul pistone (nella fase attiva) che darebbe luogo alla stessa potenza erogata dal cilindro: è indicativa dello stress del motore dovuto alla pressione di lavoro. Il lavoro ricavabile dalle forze attive del motore è dato dalla p.m.e. (per brevità p) durante la discesa del pistone. Pertanto la forza è = p x base del cilindro = p x V/c dove V è la cilindrata e c è la corsa. Lo spostamento è c, e quindi il lavoro è = (pV/c) x c = pV Per inciso, il lavoro specifico, cioè il lavoro per unità di cilindrata, coincide dunque con la pressione media effettiva p, tenendo presente che 1 kJ/dm3 = 10 bar. I diesel moderni vanno oltre i 10 bar (quella massima arriva, nei sovralimentati, fino a 150 bar e quella di compressione circa 50 bar, con rapporto di compressione 20:1 circa). I benzina, rispettivamente, media 10 bar (come i diesel); max. 50 bar e per la compressione 15 bar (con rapporto di compressione 10:1 circa). Questo lavoro, nel tempo che intercorre prima che si ripeta il ciclo, da’ luogo alla potenza del motore. Tale tempo è il tempo di due giri (nel motore a quattro tempi) pari a 2/n, in minuti, e quindi 120/n, in secondi, essendo n il numero dei cilindri. Perciò la potenza P = pV / (120/n) = pVn/120 Quindi la p.m.e. (bar) = 120 P/Vn con n in giri/min, P in watt, V in m3. Altri parametri importanti per conoscere lo “stress” del motore sono la velocità media degli stantuffi (stress inerziale, attorno ai 10 - 20 m/s), il rapporto tra potenza e superficie totale degli stantuffi, che è proporzionale al prodotto tra p.m.e. e alla velocità media dello stantuffo (stress termico e meccanico).
Potenza specifica
E’ la potenza sviluppata dalla cilindrata unitaria. Attualmente la potenza specifica di un motore “3 litri - 10 cilindri” di Formula 1 vale attorno ai 200 kW/l ottenuta a regimi attorno ai 18.000 giri/min. Una vettura a benzina moderna non sovralimentata viaggia mediamente attorno ai 50 kW/l ottenuti a circa 5.500-6.000 giri/min, la Honda S2000 raggiunge i 120 CV/l = 88 kW/l.
Rapporto peso/potenza
Importante valore di riferimento che caratterizza le doti di sportività e modernità di una vettura. Con vetture moderne si viaggia attorno a 10 - 15 kg/kW. Vetture sportive arrivano fino a circa 5 kg/kW (Porsche 911 GT2 = 4,23 kg/kW) Le formula 1 hanno valori di circa 0,8 kg/kW = 500/600
Rapporto (geometrico o volumetrico) di compressione RC
E’ il rapporto fra il volume totale del cilindro (cilindrata + camera di combustione), quando il pistone è al punto morto inferiore dopo la fase di aspirazione, e il volume che rimane nel cilindro quando il pistone è al punto morto superiore dopo la compressione (quello della camera di combustione). Nei motori NA a benzina il rapporto di compressione è solitamente minore di 12 . Aumentare il rapporto di compressione per un motore (a parità di cilindrata) significa aumentare la temperatura della miscela al momento dell’accensione: ciò comporta un miglioramento del rendimento termodinamico e della potenza erogata . Il rapporto di compressione RC entra direttamente nella formula del rendimento termico ideale, quello di un ciclo ideale termodinamico che, nel caso del motore Otto, è dato da due adiabatiche e due isocore. rend = 1 - RC1 - K Per l’aria K = 1,4 e quindi per RC = 10 il rendimento termico ideale vale solo 0,6 cioè il 60%. Ma anche per RC = 15 (quasi un diesel) tale rendimento sale solo a 0,66 Resta comunque evidente che se si aumenta il rapporto di compressione si devono avere alti rapporti corsa/alesaggio elevati e dunque motori che non siano quadri o superquadri il che però contrasta con l’aumento del regime di rotazione, necessario per salire di potenza o per allontanare i fenomeni di detonazione di un motore a benzina.
Regime di rotazione
S’intende la velocità di rotazione, generalmente del motore. Dovrebbe essere espressa in radianti al secondo (rad/s) ma di solito è espressa in giri al minuto (giri/min; in inglese rpm). Pertanto per i calcoli occorre fare la conversione. Un giro al minuto corrisponde a 6,28 radianti in 60 secondi: 1 giro/min = 6,28 / 60 = 0,105 rad/s. Quindi, ad esempio, 5.000 giri/min = 5.000 x 6,28 / 60 = 5.000 x 0,105 = 525 rad/s In un motore a quattro tempi e sei cilindri che gira a 6.000 giri/min si verificano normalmente 300 cariche e un pari numero di accensioni al secondo (50 per ogni cilindro). Gli alti regimi di rotazione consentono di arrivare a potenze molto elevate tuttavia un motore con una buona coppia ai bassi regimi ha il vantaggio evidente di risultare meno stressato (più affidabile) e di essere più facile da utlizzare non richiedendo continui cambi di marcia necessari per restare in un fascia di potenza elevata.
Rendimento della combustione
Rapporto tra il calore effettivamente prodotto nella combustione e quello idealmente producibile dalla combustione della stessa quantità di combustibile bruciato, cioè corrispondente al potere calorifico inferiore del combustibile. Il rendimento è inferiore a 1 nei motori NA perché la combustione non risulta perfetta in senso chimico per i tempi brevi a disposizione e per la dissociazione molecolare dovuta all’alta temperatura e anche perché non risulta completa, nel senso che parte del combustibile non viene bruciato (e se da un lato contribuisce al raffreddamento delle pareti, dall’altro produce inquinanti come CO e HC). ù Anche una bassa pressione in fase di compressione, come avviene quando si marcia con poco acceleratore (parzializzati) incide negativamente sul rendimento termico I fattori che influenzano la combustione, in definitiva, sono: - rapporto aria/benzina nei motori a ciclo Otto (lontano da quello stechiometrico si hanno difficoltà) - temperatura all’interno della camera di scoppio - pressione (se alta rallenta l’accensione ma favorisce la velocità di propagazione) - umidità (velocità di propagazione rallentata dall’umidità). Il combustibile che non arriva nella camera di scoppio, ma resta nei condotti di immissione, non fa parte del rendimento della combustione.
Rendimento termodinamico
E’ il bilancio tra l’energia (meccanica) teoricamente ricavabile e quella (termica) spesa in un ciclo termodinamico effettivo (indicato). Tiene conto che un ciclo termodinamico perfetto ha un certo rendimento, per via del 2° principio della termodinamica e che il ciclo effettivo non è quello iedale termodinamico. Un motore diesel dell’ultima generazione (iniezione diretta) a 4 tempi, con cilindri da 1/2 litro, che marcia a 4000 giri/min, ha un rendimento termodinamico massimo attorno al 43%; il che significa che meno della metà dell’energia del carburante utilizzato si potrebbe trasformare in lavoro meccanico, pur eliminando tutte le perdi meccaniche (attriti e pompaggi).
Siderurgia
Parte della metallurgia che studia i processi di produzione del ferro e delle sue leghe e le loro proprietà e applicazioni.
Tonalità termica
Energia (quantità di calore) prodotta dalla combustione completa della unità di volume di miscela. Essa dipende dunque dal potere calorifico del combustibile e dal suo rapporto con l’aria necessaria e determina la potenza sviluppabile dal motore. Essa non varia molto per gli idrocarburi e vale circa 3,5 kJ/l, restandone inferiore nel caso di riempimento parziale del cilindro e superandolo nel caso di sovralimentazione.
Unità di misura
Sono i campioni internazionali universalmente riconosciuti con cui vanno misurate le grandezze fisiche. Per legge, NELLA FISICA MECCANICA, vanno utilizzati il metro per la lunghezza, il secondo per il tempo, e il chilogrammo per la massa, più i loro multipli e sottomultipli decimali. Di conseguenza la forza è un’unità derivata e risulta espressa in newton (N), la coppia in newtonmetri (Nm), la potenza in watt (W), il lavoro e l’energia in wattora (Wh) o in joule (3.600 joule per 1 Wh). Nella pratica esistono altre grandezze di cui è bene conoscere il rapporto rispetto a quelle fondamentali. La forza espressa in kg (kilogrammi); ove 1 kg = 9,8 newton. La potenza espressa in CV (cavalli); ove 1 CV = 735 watt (oppure 0,735 kW). La quantità di calore espressa in calorie; ove 1 cal = 4,185 joule. Le unità di misura utilizzate per l’energia (lavoro) sono: la kilocaloria = 4.185 joule = 4,185 kJ il kilowattora = 3.600.000 J = 3.600 kJ la TNT (tonnellata equiavente di tritolo) = 4.200.000 kJ il barile di petrolio = 5.880.000 kJ il grammo di uranio = 67.000.000 kJ 10 ore di insolazione su 1 km2 = 50.000.000.000 kJ.
Unità di misura della pressione
Da qualche anno le uniche unità legali per misurare la pressione sono il pascal (abbreviato Pa, equivalente al N/m2) e il bar (equivalente a 100.000 Pa oppure a 10 N/cm2). Anche se di fatto continuano ad essere comunemente utilizzati, sono da considerare «fuorilegge» termini più noti e familiari come atmosfera, millimetro di colonna di mercurio e millimetro di colonna d’acqua. In particolare, per quanto riguarda l’atmosfera, le equivalenze con le nuove unità sono le seguenti: 1 at (atmosfera tecnica) = 1 kg/cm2 = 0,980665 bar = 98.066 Pa; 1 atm (atmosfera fisica) = 1,01325 bar = 101.325 Pa. La pressione atmosferica di solito si misura in eptopascal (centinaia di pascal) per cui 1 bar sono circa 1.000 hPa e 1 hPa vale circa 1 millibar.
L'effetto Venturi
Se la velocità di un fluido aumenta, la pressione diminuisce. Questo fenomeno è detto effetto Venturi. Prendiamo infatti un tubo con una strozzatura orizzontale come quello della figura sotto:
Essendo entrambe le sezioni alla stessa quota l'equazione di Bernoulli non contiene il termine ρgy e diventa:
p + ½ρv2 = costante
Tenendo presente che per il flusso di un fluido vale anche l'equazione di continuità, essendo il prodotto Av costante, si avrà che ad una diminuzione della sezione corrisponde un aumento delle velocità ; tale aumento di velocità nella strozzatura, poiché la somma dei termini nell'equazione sopra deve anch'essa rimanere costante, si traduce in una diminuzione della pressione nella zona a sezione ridotta del tubo.
La Forza
La forza è un concetto abbastanza intuitivo e per questo è difficile darne una definizione esatta. Facendo degli esempi si può pensare che se spingiamo un oggetto lo facciamo applicando una forza, allo stesso modo applichiamo una forza se solleviamo un peso, così come due corpi in contatto si scambiano forze, ecc ecc. Il secondo principio della dinamica concepito da newton alla fine del 1600, chiarisce in modo semplice la reale natura della forza. Questo principio afferma che se si applica una forza ad un corpo questo accelera, cioè cambia la sua velocità. Ad esempio quando in un'automobile si azionano i freni, le gomme trasmettono al veicolo una forza contraria al moto, che fa rallentare il veicolo. Stessa cosa fa il motore che permette di far incrementare la velocità del veicolo. La formula che riassume il secondo principio della dinamica è [ F = m * a ] dove "F" è la forza, "m" è la massa e "a" è l'accelerazione.
Si esprime in N (si legge: Neawton) o Kgf (si legge: Chilogrammiforza)
Legame tra Coppia e Potenza
La Potenza è la Coppia moltiplicata per il numero di giri, purché espresse nelle unità di misura corrette (Kw,Nm,1/s), che in formula si esprime:
P = C * n
Ad esempio se un motore a 3000 giri/min eroga 50 Nm di coppia , eroga a quel numero di giri circa 21 Cv. Infatti 3000 giri/min equivalgono a 314 1/s per cui P=C*n = 15700 kW = 15.7 Kw, che in Cavalli equivalgono a 21.4. Se lo stesso motore a 5000 giri/min eroga 40 Nm di coppia, eroga a quel numero di giri circa 28 Cv. Infatti 5000 giri/min equivalgono a 524 1/s per cui P=C*n = 20900 kW = 20.9 Kw, che in Cavalli equivalgono a 28.4.
Velocità angolare/Numero di giri: RPM (si legge: giri al minuto), 1/s (si legge: radianti al secondo)
Edited by nth - 24/8/2004, 00:54
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