Tecnica
Carburante a combustione maggiore
Scritto da Oriol_Rider - Pubblicato 15/05/2009 21:24
Brevi considerazioni fisiche e termodinamiche sul rendimento di un motore in relazione alle temperature dell'ambiente

La seconda legge della termodinamica ci insegna che: è impossibile costruire una macchina termica che produca lavoro meccanico (nel nostro caso il movimento del pistone) utilizzando l'energia proveniente da una sorgente termica ad alta temperatura (nel nostro caso all'interno del cilindro) senza scaricare una parte di questa energia in una zona a temperatura bassa.

Con questo voglio dire che la macchina termica più vicina alla perfezione non convertirà mai tutta l'energia termica che riceve in lavoro. Ritornando al motore (la zona ad alta temperatura è il cilindro, quella a bassa temperatura è l'ambiente all'uscita della marmitta) possiamo capire che sfruttiamo meno del 50% dell'energia che il nostro motore potrebbe convertire in energia.

Ad esempio: all'interno del motore ci sono 100J (Joule), per compiere il lavoro ne deve cedere 70J alla zona a bassa temperatura quindi otterremo un rendimento pari al 30% dell'energia a nostra disposizione.

Per questo motivo in inverno la nostra moto dovrebbe andare meglio essendoci una differenza di temperatura maggiore tra interno ed esterno ma sappiamo che nel motore entra comunque aria troppo fredda; per questo motivo si dovrebbe trovare un combustibile che bruci ad una temperatura più elevata in modo da mantenere un'elevata differenza tra interno ed esterno e che quindi che possa produrre più lavoro (potenza) a nostra disposizione.
 

Commenti degli Utenti (totali: 13)
Login/Crea Account



I commenti sono di proprietà dell'inserzionista. Noi non siamo responsabili per il loro contenuto.

Commenti NON Abilitati per gli utenti non registrati
Commento di: luigi87 il 15-05-2009 21:33
soluzioni?
Commento di: _steppenwolf_ il 16-05-2009 12:52
Solo una considerazione generale.
Negli ultimi 30 anni le potenze specifiche sono aumentate, l'affidablità è aumentata, le emissioni inquinanti sono diminuite ma la efficienza termodinamica è rimasta praticamente la stessa.
Probabilmente vuol dire che su questo versante non c'è molto da fare...

Commento di: Paguro il 17-05-2009 00:11
avevo già sentito qualcosa a proposito di questo, incredibile, magari il problema verrà in parte risolto dai futuri motori 8 tempi ( anche se sono un pochino scettico)
Commento di: Paguro il 17-05-2009 00:17
avevo già sentito qualcosa a proposito di questo, incredibile, magari il problema verrà in parte risolto dai futuri motori 8 tempi ( anche se sono un pochino scettico)
Commento di: Ospite il 17-05-2009 21:09
8 tempi? Io ero rimasto a 6 tempi, forse mi sbaglio.
Cioè un 4 tempi con in più una fase di lavaggio del cilindro che occupa 2 tempi in più.
Commento di: kawapio il 18-05-2009 19:44
citazione
Per questo motivo in inverno la nostra moto dovrebbe andare meglio essendoci una differenza di temperatura maggiore tra interno ed esterno ma sappiamo che nel motore entra comunque aria troppo fredda; per questo motivo si dovrebbe trovare un combustibile che bruci ad una temperatura più elevata in modo da mantenere ........

Una ripassatina al concetto di termostato 'inferiore' non guasterebbe.
Non devi considerare la temperatura dopo la marmitta, ma quella all'interno del cilindro al momento dell'apertura della valvola di scarico.
D'inverno non è il rendimento a migliorare, ma la potenza specifica:aria fredda aspirata contiene più 'massa di ossigeno' se aumenti la carburazione. Per bruciare a una temperatura più elevata, si aumenta la compressione (vedi ciclo diesel).



Commento di: DesmoAccanito il 21-05-2009 08:27
Quoto quanto detto sopra.
Inoltre parlare di temperatura troppo bassa dell'aria è un po' sbagliato visto che ha tutto il tempo di riscaldarsi durante le fasi di aspirazione e compressione.
Commento di: Braintwister il 21-05-2009 09:11
Non vi preoccupate ragazzi...presto ci scorderemo delle moto a benzina ed il problema sara` risolto in partenza. Anche lo studio sulle nanotecnologie sta offrendo degli spunti eccezionali.
Io sono davvero curioso di sapere cosa ci aspetta nell'immediato prossimo futuro (parlo di pochi anni).
Commento di: bigpenna il 21-05-2009 09:43
Non ci aspetta nulla fino a che ci sarà una sola goccia di petrolio.
Sono decenni che gli immensi interessi commerciali che vengono mossi dal petrolio e dai suoi derivati bloccano ogni tipo di ricerca volta alla ricerca di sostituirlo come fonte di energia primaria.
Commento di: KITO il 21-05-2009 13:54
Il concetto di come funziona un motore è chiaro... ma tutto il resto è da riscriviere.

E' si vero che un motore sviluppa calore. Questo calore (che è un'energia) viene convertito in movimento ed il resto viene dissipato dall'impianto di raffreddamento e dai fumi di scarico (anch'essi molto caldi).
I motori migliori hanno un rendimento che si aggira attorno al 35% (mediamente è attorno al 28-30%).
Una soluzione è il turbo... che recupera il gas di scarico per movimentare altre parti (turbine) e fornire carburante in pressione... in questo modo il motore viene sovralimentato e le performance aumentano.

L'altra alternativa è salire con le temperature... di fatto se nel cilindro si sviluppano 100°C e l'impianto di raffreddamento (congiuntamente alla marmitta) dissipa 70°C, hai un rendimento del 30% (facendo i conti della serva).
Ma se si porta la temperatura dentro al cilindro a 200°c e ne dissipi 100°C ottieni un rentimento del 50%... che è quasi il doppio rispetto al primo caso.
I limiti di questa teoria sono tantissimi... non certo la temperatura di combustione del carburante... per alzare la temperatura nel cilindro basterebbe togliere l'impanto di raffreddamento... ma fonderesti in 10 minuti!
Il problema sono le deformazioni che subiscono i metalli alle temperature troppo elevate... un pistone non può funzionare alla stessa maniera perchè a 30°C e a 300°C ha delle dimensioni parecchio diverse (pochi centesimi in realtà, ma vitali per il motore).
Ci sono soluzioni che usano la ceramica per la testa del pistone, così da sopportare temperature più elevate. Ma è attaccare la ceramica all'alluminio del pistone. E comunque la testa del pistone flette versso il basso nel fase dello "scoppio" mentre la ceramica non ha la stessa elasticità.

Per la fisica che governa il nostro mondo, i motori endotermici sono un bello spreco... i motori elettrici invece superano il 90% del rendimento anche 95-96%... però per produrre energia elettrica ci sono grosse perdite da altre parti (centrali nucleari, eoliche, a carbone...).
Insomma così stanno le cose... si possono migliorare ma si parla di miglioramenti appena apprezzabili nell'arco di decenni.

Kito
Commento di: MAK1 il 21-05-2009 16:57
anch'io mi aggrego alle tue considerazioni, difatti nella odierna situazione per un miglioramento netto direi:

1- o la scoperta di leghe metalliche e l'impiego di materiali con caratteristiche più performanti nella gestione delle temperature
2- oppure si seguono energie alternative tipo elettrica, ma non a celle di immagazzinamento come le batterie odierne, piuttosto piccole celle a fissione....... salvo esplosioni e difficoltà annesse
Commento di: kawapio il 01-06-2009 14:32
La turbina (del turboCOMPRESSORE) recupera solo l'energia di pressione dei gas di scarico e non l'enorme energia termica che porta con se.
Per cui non la si usa per recuperare potenza persa ma per aumentare la potenza specifica del motore (kW/dm3); in pratica quando entra in funzione simula un aumento di cilindrata e il rendimento, di qualche %, pure aumenta.

Altro appunto è che 'la serva fa i conti' senza conoscere che la temperatura entra nei calcoli in gradi Kelvin.
I calcoli termodinamici si fanno con questa scala delle temperature, i 'centigradi' usiamoli per la febbre, i congelatori e per bollire l'acqua.


Riporto:
Ma se si porta la temperatura dentro al cilindro a 200°c e ne dissipi 100°C ottieni un rentimento del 50%... che è quasi il doppio rispetto al primo caso.

Beh, se al posto di "°C" metti "°K" il rendimento del 50% te lo promuovo, altrimenti ... ti 'boccio' ;)

Commento di: Claps il 21-05-2009 23:09
...Buono a sapersi! ;)