Principali trasformazioni termodinamiche
Compressione adiabatica
- Descrizione: Il gas viene compresso senza scambiare calore con l’esterno (Q = 0).
- Effetto: La pressione e la temperatura aumentano, il volume diminuisce.
- Esempio: Fase di compressione nel cilindro prima della combustione (valvole chiuse).
Riscaldamento isocoro
- Descrizione: Il gas viene riscaldato a volume costante (V = costante).
- Effetto: Aumentano pressione e temperatura.
- Esempio: Combustione nei motori a benzina (Ciclo Otto): il pistone è fermo nel PMS e la miscela brucia rapidamente.
Riscaldamento isobaro
- Descrizione: Il gas si riscalda a pressione costante (P = costante).
- Effetto: Aumentano volume e temperatura.
- Esempio: Combustione nei motori Diesel (Ciclo Diesel): il pistone è in movimento durante la combustione.
Espansione adiabatica
- Descrizione: Il gas si espande senza scambio di calore (Q = 0).
- Effetto: Diminuiscono temperatura e pressione, mentre il volume aumenta.
- Esempio: Fase di espansione utile, detta anche corsa di lavoro del pistone.
Raffreddamento isocoro
- Descrizione: Il gas si raffredda a volume costante.
- Effetto: Temperatura e pressione diminuiscono, ma il volume resta fisso.
- Esempio: Fase finale del ciclo, quando i gas di scarico cedono calore prima di essere espulsi.
Concetto di Motore Termico e Ciclo Termodinamico
- Il motore termico realizza una conversione di calore in lavoro.
- È costituito da un fluido termodinamico (gas o vapore) che compie ciclicamente trasformazioni.
- In ogni ciclo ci sono:
- Q₁: calore assorbito dalla sorgente calda
- Q₂: calore ceduto alla sorgente fredda
- L = Q₁ – Q₂: lavoro utile prodotto
Bilancio Energetico
Il bilancio energetico di un motore termico è espresso da:
q = l
(ovvero il calore netto assorbito è uguale al lavoro netto prodotto)
Rendimento termodinamico
Principali Cicli Teorici: Ciclo Otto (motori a benzina)
- Due trasformazioni adiabatiche e due isocore (a volume costante).
- Sequenza:
- 1–2: Compressione adiabatica
- 2–3: Riscaldamento isocoro
- 3–4: Espansione adiabatica
- 4–1: Raffreddamento isocoro
Principali Cicli Teorici: Ciclo Diesel (motori a gasolio)
- Due trasformazioni adiabatiche, una isobara e una isochora.
- Sequenza:
- 1–2: Compressione adiabatica
- 2–3: Riscaldamento isobaro (combustione)
- 3–4: Espansione adiabatica
- 4–1: Raffreddamento isocoro
Principali Cicli Teorici: Ciclo Sabathé (o misto)
- Combina Otto e Diesel: una parte isocora e una parte isobara per la combustione.
- Sequenza:
- 1–2: Compressione adiabatica
- 2–3: Riscaldamento isocoro
- 3–4: Riscaldamento isobaro
- 4–5: Espansione adiabatica
- 5–1: Raffreddamento isocoro
Confronto tra i Cicli
| Caratteristica | Ciclo Otto | Ciclo Diesel | Ciclo Sabathé (Misto) |
| Tipo combustione | Isocora | Isobara | Isocora + Isobara |
| Combustibile tipico | Benzina | Gasolio | Nafta / Misti |
| Rendimento teorico | Medio-Alto | Alto | Intermedio |
| Applicazioni | Auto a benzina | Camion, bus, navi | Motori pesanti moderni |