ISTITUTO SUPERIORE DI ISTRUZIONE AGRARIA
“DUCA DEGLI ABRUZZI”
Corso di Meccanica agraria
per la sezione tecnica
Cosa serve all’agricoltura
moderna?
17:20
FATTORI DELLA PRODUZIONE
IMPRENDITORIALE
CAPITALE
LAVORO
17:20
LAVORO
• DEFINIZIONE: il lavoro in meccanica è l'energia
che si deve spendere (o che si guadagna)
quando una forza F sposta il suo punto di
applicazione della distanza S:
17:20
LAVORI AGRICOLI “PRIMA”
17:20
LAVORI AGRICOLI “ADESSO”
Servono macchine agricole moderne azionate
da moderne trattrici
17:20
LA TRATTRICE SERVE A:
• AZIONARE ATTREZZI ADEGUATI A SVOLGERE
LAVORI SPECIFICI,
• CON DIFFERENTE INTENSITA’,
• IN LUOGHI DIVERSI,
• IN MOMENTI SUCCESSIVI.
Cioè:
SI SPOSTA e TIRA,
SOLLEVA o INTERRA,
AZIONA ALTRE MACCHINE.
17:20
CIOE’
ALLA TRATTRICE SERVE POTENZA
• Per poterla “cedere” alle macchine agricole
durante l’esecuzione dei lavori in campagna. A
tal fine la potenza viene erogata in “modo” da
poterla gestire facilmente:
Moto rettilineo
Moto rotatorio
17:20
POTENZA
17:20
POTENZA NEL MOTO
RETTILINEO =e= ROTATORIO
P=F*v cioè
F*s/t =e= 2Mn
•
•
•
•
•
•
17:20
P = Potenza [Watt; W]
L = Lavoro [Joule; J]
t = tempo [secondi; s]
v = velocità [metri/secondo; m/s]
M = Momento [Newton metri; Nm]
n = numero giri [giri/s]
COSA EROGA LA POTENZA?
17:20
11
IL MOTORE
• In filosofia, è l'ente che causa il movimento o il
cambiamento di altri enti ad esso collegati.
• In fisica è una macchina capace di trasformare
una sorgente di energia, che può essere in forma
chimica, elettrica o termica, in una energia
meccanica o lavoro meccanico continui.
• TUTTI i motori, di qualunque genere siano, sono
soggetti alle leggi della termodinamica, e dunque
forniranno un lavoro totale minore dell'energia
contenuta nella sorgente di energia consumata.
17:20
I MOTORI
TERMICI
Sotto la denominazione "motori termici" si comprendono
tutte quelle macchine che sono atte a trasformare in lavoro
meccanico l'energia termica ottenuta da una combustione.
Tale “trasformazione” avviene sfruttando l’azione del fluido
riscaldato dalla combustione che funge da vettore energetico
(fluido attivo) per la produzione di lavoro (solitamente
meccanico).
Ad es.: le turbine a gas, i motori a benzina o a gasolio, i motori
a vapore, …
12
17:20
13
CLASSIFICAZIONE DEI MOTORI
TERMICI
• ESOTERMICI: motori a combustione esterna
nei quali la combustione (ed i gas combusti)
vengono utilizzati per riscaldare un fluido
attivo diverso. Questo fluido realizza la
conversione dell'energia termica in lavoro
meccanico. Appartengono a questa categoria
la macchina a vapore e il motore Stirling.
17:20
I MOTORI
ESOTERMICI
I motori termici possono
essere "a combustione
esterna" (esotermici) quando
la combustione avviene al di
fuori del fluido attivo che
genera il movimento:
LA MACCHINA A
VAPORE
17:20
14
15
LA MACCHINA A VAPORE
La “fortuna” della macchina a vapore è dovuta a Watt che
inventò tra l’altro:
1) Il sistema biella manovella;
2) Il distributore a cassetti;
3) Il pistone a doppio effetto;
16
IL MOTORE STIRLING
• Inventato da Robert Stirling nel 1816.
• Funziona a ciclo chiuso utilizzando un gas come fluido termodinamico
(solitamente aria, azoto oppure elio o idrogeno). Entra in funzione
quando si raggiunge una opportuna differenza di temperatura tra il
suo punto caldo ed il punto freddo. Funziona senza valvole. Le sole
parti in movimento sono il pistone (a) ed il dislocatore (b) che
agiscono collegati su una camma a 90 gradi.
Il dislocatore è costituito da materiale
isolante, non a tenuta, in grado di
"coprire" alternativamente la parete
calda e la parete fredda.
Oggi rappresenta più una curiosità
scientifica che un uso diffuso.
Interessante dal punto di vista
energetico.
17:20
17
CICLO
STIRLING
Il dislocatore (a) copre la parete fredda (e) della camera.
1
2 Il gas della camera, essendo riscaldato, si espande .
3 Il pistone (b) si muove verso l'esterno della camera (verso l' alto): nel suo moto
spinge la camma (c) che ruota e che a sua volta sposta il dislocatore sulla parete
calda (d), isolando dal calore la camera che inizia a raffreddarsi.
4 Il gas si contrae richiamando il pistone.
5 Il pistone si muove verso l'interno (punto caldo: verso il basso).
Analogamente
a prima, nel
suo moto,
sposta il
dislocatore
sulla parete
fredda
17:20
IL MOTORE STIRLING
È probabilmente uno dei più interessanti motori a combustione
esterna per:
la sua bassa manutenzione;
la sua silenziosità;
la possibilità teorica di raggiungere rendimenti vicini a quello teorico
per cicli termodinamici.
È possibile utilizzare la luce solare concentrata, ad esempio tramite un
cilindro parabolico, per produrre la differenza di temperatura
necessaria.
19
Commenti sui
MOTORI ESOTERMICI
A parità di potenza, un motore a combustione esterna è in
genere più ingombrante e pesante di un motore a
combustione interna. Questo perché contiene uno
scambiatore di calore utilizzato per riscaldare il fluido di
lavoro.
Per contro, può essere più efficiente ed è meno esigente
(può utilizzare facilmente carburanti differenti). La
temperatura e la pressione relativamente basse della
combustione portano ad una minor formazione di
inquinanti, quali gli ossidi di azoto.
17:20
Altri motori esotermici
La turbina a vapore è un buon esempio di motore a
combustione esterna. In questa macchina il calore ottenuto
bruciando un combustibile, oppure generato da un reattore
nucleare, viene utilizzato per portare l'acqua allo stato di
vapore. All'interno della turbina l'energia di pressione
posseduta dal vapore viene trasformata in energia cinetica ed
utilizzata per far muovere le palette della turbina.
I MOTORI
ENDOTERMICI
Il motore a combustione interna (MCI) o endotermico è un motore
termico nel quale, la reazione di ossidazione esotermica di una miscela composta da un carburante (benzina, gasolio, metano, ecc...) e un
comburente (ossigeno dell’aria) - all'interno di una camera di
combustione, produce calore, acqua e prodotti della reazione (gas di
scarico). Questi costituiscono il fluido attivo che agisce sulle parti del
motore mettendole in movimento e producendo lavoro.
I motori endotermici oggetto del nostro studio, sono quelli "a stantuffo"
alternativi. Anche tra questi però è necessaria una distinzione per
quanto riguarda il combustibile e l'andamento della combustione nel
cilindro. Si hanno così diverse categorie che vedremo dopo aver chiarito
alcuni termini
21
17:20
Combustione, Esplosione, Scoppio
NON SONO
SINONIMI
Chimicamente e fisicamente esprimono cose diverse
17:20
22
Scoppio
è la rottura del contenitore nel quale avviene
un’esplosione
17:20
23
Esplosione
reazione chimica con due caratteristiche diverse
rispetto alla combustione: la velocità della reazione è
almeno 1.000 volte maggiore; non impegna
l'ossigeno atmosferico: gli esplosivi contengono in se
stessi tutti gli elementi necessari alla reazione
17:20
24
Combustione
COMBUSTIONE: processo chimico che avviene fra un
combustibile (benzina, carbone, nafta, ecc.) e un
comburente (l'ossigeno dell'aria) secondo rapporti
BEN DETERMINATI. I prodotti principali della
combustione sono anidride carbonica CO2 e acqua
H2O (allo stato di vapore)
17:20
25
MA ALLORA PERCHE’
IL MOTORE A
SCOPPIO SI CHIAMA
COSI’?
17:20
SI CHIAMA MOTORE A
SCOPPIO…
• Perché i primi esemplari costruiti spesso scoppiavano;
• Perché erano particolarmente rumorosi.
17:20
UN ESEMPIO DI MOTORE ENDOTERMICO
17:20