MCI Esercizi

Motori a combustione

interna

ESERCIZI

Ing. A. Paolo Carlucci

15_Motore Otto

Un motore 4T ad accensione comandata (V=1750cc) aspira aria

dallambiente (p=1ata, T=18C), ha un rapporto di compressione

=8 e un rapporto di combustione a volume costante =4.6.

Considerando il ciclo ideale, calcolare la potenza erogata dal motore

a 5800rpm, la pme e il rapporto di diluizione assumendo u=0.21,

v=0.8, Hi=10200kcal/kg e che il calore di dissociazione sia dato

da: QD=1.3*10-4(T-1850)2 kcal/kg.

Il motore viene sovralimentato alla pressione di 1.4ata mediante un

compressore centrifugo a comando meccanico con rendimento

c=0.81. Si calcoli laumento percentuale di potenza erogata dal

motore allo stesso regime di rotazione, la nuova pme assumendo i

coefficienti a=0.48ata, b=0.54ata. Si assuma m=1.47.

15_Motore Otto

KTTKTT k 3.307554.668 231

12

78.1523 Dvbaib QTTcmmHm

atabapmepmi

CVkWm

iVnpmeP

atabarHpme

u

iavu

08.6

03.5948.43

06.513.51

1

029.111

11

' '1

m

c

a

v

v

p

p

15_Motore Otto

32.1

25.32711

1

c

a

a

cc

cacpk

k

pa

c

c

i

T

T

p

p

KTTTccTL

atapppmipmi accv

v 65.8'

'

atacabpmipme cv

v 0.7'

''

atapR

cc k

k

a

p

v

c

474.01'1

1

15_Motore Otto

%9.402.8314.61' PCVkWm

iVnpmeP

16_Sovralimentazione a comando meccanico

Un motore alternativo a 4 tempi aspirato per impiego aeronautico

fornisce in condizioni ambiente standard una Pu=112 kW a

3200rpm. Sono inoltre noti: iV=5.2dm3; =7; v=0.9; pv=2.2bar:

a=1.0bar. Determinare il rendimento organico e la coppia fornita dal

motore. Determinare, inoltre, il valore della pme quando il motore

funziona alla quota di adattamento di 3500m, dove Ta =265.25K e

pa=0.6575 bar. Calcolare, infine, la variazione di potenza e di

rendimento organico tra la versione aspirata al livello del mare e

quella sovralimentata alla quota di adattamento con

turbocompressore a comando meccanico che fornisce un =1.7.

Assumere il rendimento del compressore pari a c=0.75 e

lesponente di compressione dei gas dello spazio morto m=1.6.


barpmem

nVipmePu 077.8

786.0277.102.2077.8 pmi

pmebarppmepmi ov

Nmm

VpmeC 23.334

2

barppmipmebarpmi

pmibabap

barapbbap

barT

T

p

ppmipmi

vv

vv

138.5'''812.1'

'

2.112.2

950.6'

''


KT

TTTT

TTk

k

c

aac

ac

a

is

cc 15.3231

''

'

'1

047.111

11

'

'' '1

'

m

c

a

v

v

p

p

barppmipmi acv

v 67.111'''

''''' '

54.1'

'''

c

a

a

c

T

T

p

p

barR

cpc k

kp

c

av 7.01''''

1

904.0288

25.265*90.0*047.1*047.1'

'

''''

'

a

avv

v

vv

T

T


barpmi

pmibb

v

v 316.1'''

''*'

*''

barbapmipme 350.9''''''

%92.1''

801.0''

''

%76.15''

''

o

ooo

opmi

pme

pme

pmepmeP

17_Sovralimentazione con turbogruppo

Un motore 4T con =8.5, Hi= 10500kcal/kg, =15, preleva aria

dallambiente (pa=1.013bar, Ta=17C). Il calore di dissociazione

dato da QD=Di(T-1850)2, con Di=1.3*10

-4 kcal/kgK2.

Sapendo che il turbogruppo ha c=t=0.8, m=1, calcolare la

temperatura di fine combustione T3 e di ingresso turbina Ts

assumendo il rapporto fra la pressione di ingresso turbina e quella

di mandata del compressore pari a ps/p1=0.8, e che il calore di

dissociazione venga integralmente restituito ai gas solo allo scarico

della turbina. Si calcoli anche il lavoro del compressore Lc. Ai fini del

presente esercizio si assumano tutte le trasformazioni ideali.

MCI

a

1 s

4


c

ais

a

k

k

a

caisc

TTTT

p

pTTpp

,1

1

1

,11

1

1212

kk TTpp

1

1850;2

323

2

323

iiv

HTDTTc

T

Tpp

kk TTpp 13434

11;8.0

4

41 k

p

p

k

TTpp sss

kgkJLbarpp

pcT

p

pTc cc

k

k

a

c

c

pak

k

s

aspt /4.48547.111

11


Un motore Diesel 4T (=22, V=5000cc), che, in condizioni standard

(1bar, 288K), a 4000rpm presenta un v=0.85, deve essere

sovralimentato con un turbogruppo a gas di scarico. Da calcoli sul

ciclo convenzionale risultato che le condizioni di fine espansione

sono legate a quelle di sovralimentazione dalle relazioni: p4=2pc e

T4=2Tc.

Il turbogruppo ha le seguenti caratteristiche:

turbina radiale centripeta ad azione (is,t=0.85, m,t=1)

compressore radiale centrifugo con is,c=0.8, m,c=1

Se in condizioni di progetto si vuole realizzare una pc=1.6bar con un

turbogruppo, calcolare:

le condizioni del collettore di scarico supponendo trascurabili le

differenze di portata e di caratteristiche fisiche fra laria e i gas

combusti

la portata di aria.


KTKp

pTT ccis

k

k

a

caisc 7.3398.04.329 ,

1

,

KTT

barpp

c

c

4.6792

2.32

4

4

11

1

1

,

1

,

,

'

,

k

k

a

ca

cis

k

k

s

ustis

acusaca

cm

p

usbaptm

p

pT

p

pT

TTTTTTGc

TTGGc

Alluscita del compressore pc=1.6bar:

Alluscita del motore:

Per quanto riguarda il turbogruppo:

11

4

4 kp

p

k

TT ss

Nel collettore di scarico si pu inoltre supporre che:


barp

KT

s

s

471.1

5.574

Sostituendo questa equazione nella precedente si ottiene una equazione

in ps che si risolve per iterazione.

Hp. m = k = 1.4 86.0'11

11

'

473.1

'

/255.060

'

1

,

,

v

m

s

a

v

v

c

a

a

c

vcv

acva

p

p

T

T

p

p

skgm

nVG

19_Sovralimentazione

Noti i seguenti dati, relativi ad un motore 4T sovralimentato ad

accensione spontanea: D=280mm, c=290mm, C=53203Nm,

n=1050rpm, =20, v=1.99, ta=20C, pa=0.1MPa, Hi=40MJ/kg,

determinare la potenza del motore in tali condizioni, il rendimento

globale sapendo che il motore consuma 14582 kg di combustibile in

12 ore di funzionamento continuo, la pressione media effettiva, il

numero di cilindri del motore. Si consideri laria un gas perfetto.

N.B. il v >>1 perch riferito direttamente alle cond.

ambiente


433.085.5 ib

uuu

HG

PMWCP

skgGGskgG bab /75.6/3375.0

18

86.174

98.325

2

i

lcD

V

lVm

niVG

i

totava

bar

m

nV

Ppme

tot

u 51.20

20_Confronto_OK

Si vuole studiare il funzionamento di due motori automobilistici a

4T, uno ad accensione comandata e laltro ad accensione spontanea

per compressione a pieno carico a due regimi di rotazione

(4200rpm e 3000rpm). Completare la tabella riportata sotto

calcolando la coppia fornita dai due motori a 4200rpm e 3000rpm e

la potenza a 3000rpm.

comandata compressione

4200rpm 3000rpm 4200rpm 3000rpm

v 0.8 0.85 0.8 0.85

qb [g/kWh] 285 275 237 231

Pu [kW] 70 50

C [Nm]

20_Confronto

NmP

C AC 15.1594200

4200 rpm motore ad accensione comandata

NmP

C AS 7.1134200

4200 rpm motore ad accensione spontanea

1'

1'''

'

'

1

''

1''''

n

n

q

q

P

P

m

niV

HP

m

niV

HP

a

a

v

v

b

b

u

u

ui

avu

ui

avu

3000 rpm motore ad accensione comandata

20_Confronto

NmCkWPP

Pu

u

u 25.175'07.55'787.0'

Considerato che = e che a=a:

7328.0'

'

'

'

''

'''

n

n

q

q

P

P

Vm

Vm

b

b

u

uvv

avb

avb

3000 rpm motore ad accensione spontanea

NmCkWPu 6.116'64.36'


Un motore a ciclo Otto 4T di cilindrata V=6l, fornisce al freno le

seguenti prestazioni: P=171.5CV, n=3000rpm, nelle condizioni

ambiente p=744mmHg, T=20C. Calcolare il rendimento organico e

il rendimento termodinamico del motore considerando il fluido di

lavoro come gas perfetto assimilabile ad aria e conoscendo le

costanti di perdita a=0.8bar, b=0.4bar, il coefficiente di

riempimento v=0.85 e =7. Assumere =15 e Hi=41MJ/kg.

Determinare, inoltre, il rendimento organico, la portata daria

elaborata e la potenza del motore sovralimentato alla pressione di

alimentazione di 1100 mmHg da un compressore a comando

meccanico con rendimento idraulico 0.85. Si assuma lesponente

della politropica di compressione dello spazio morto uguale a

m=1.5.


bar

m

niV

Ppme

m

niV

HP

u

ui

avuu

403.8

329.01

384.116.334

293

744

110016.334

1

c

k

k

a

cac K

p

pTT

y

Sovralimentando:

3/173.1 mkga

695.0

5408.01

1

875.0

1

lo

u

kl

obapme

pme

pmi

pme


8825.0'038.111

11

' '1

v

m

c

a

v

v

p

p

barpppmipmi

barcbap

barp

p

R

cpc

ac

v

v

v

vv

k

k

a

cp

av

y

26.14'

'

966.1'

'

592.01'

1

skgm

niVG

CVPpme

pme

P

P

ava

u

u

u

o

/214.0''

257'''

886.0'


Si ha un Diesel 4T con =22, pme=7kg/cm2, v=0.85,

a=b=0.7kg/cm2. Il turbogruppo con turbina assiale ad azione con

1=30 che lavora in condizioni critiche e col rendimento massimo.

k=1.3, R/R=1.06, p4=2.1pc, pa=1bar, Ta=288K, is,t=0.8, m=1.5,

m,t=0.97, m,c=0.81.

Calcolare la velocit periferica della turbina, le condizioni di

sovralimentazione e la pme del motore sovralimentato.


atapmibapmipme

c

utt

4.8

2

coscos 1

1

1

2

max,

cc

su

s

u

T

THp

p

p

Tk

TkT

T

44 1.2

1'

2

1'

2

Poich lavoriamo in condizioni critiche, alluscita del distributore

abbiamo le condizioni soniche:

(la trasf. 4-c isocora)

bar

k

pp

kp

p

k

k

as

k

k

s

u 832.1

1'

21'

2

1'

'

1'

'


7275.0cos97.0

1.21.2

1

2

,

1

4

ttmt

k

k

a

cac

p

pTTT

111'1'

'

1

'

1'

4

4k

k

a

c

c

pak

k

s

aspt

p

pcT

p

pk

p

p

k

Tc

Per il compressore, supponendo c=1:

Uguagliando le potenze:

kgJk

kRcp /3.1318

1'

'''

Procedendo per iterazione:

KTTKpTTbarp ck

k

cacc 6.7521.24.358146.2 4

1


smcKTk

TTTcc suusp /47017.5921

22 11

barbapppmipme

T

T

p

p

p

p

smc

u

v

vsc

v

v

c

a

a

c

m

c

s

v

v

66.14''

'

9824.1

0048.111

11

'

/5.2032

cos

'

1

11

Uguagliando le potenze:

Documents

MCI Esercizi