Tecnica
I rendimenti Meccanico, Termico e Volumetrico
Scritto da Blackbaron - Pubblicato 19/12/2005 13:57
Definizione e classificazione dei tre differenti tipi di rendimento che determinano il buon funzionamento del motore.

Molti di noi si chiedono da cosa dipende il buon funzionamento di un motore, infatti esso dipende dai “rendimenti” che a seconda dei loro valori, ne variano notevolmente i consumi e le prestazioni.

Ecco in breve sintesi, come vengono classificati i tipi di rendimento ed il loro significato.

I rendimenti sono:

  • Rendimento Meccanico
  • Rendimento Termico
  • Rendimento Volumetrico


Il rendimento meccanico viene definito come il rapporto tra la potenza disponibile e prelevabile dell’albero a gomiti (Albero motore) e quella disponibile all’interno del cilindro. Teniamo in considerazione che l’energia meccanica che si sviluppa internamente ai cilindri non può essere completamente trasferita agli organi di trasmissione primaria e secondaria, a causa degli attriti generati da tutte le componenti e gli organi in movimento di un motore, queste perdite per attrito, purtroppo crescono in misura sempre più grande man mano che il motore aumenta il suo regime di rotazione ed è molto importante e difficile nello stesso tempo ridurle specialmente nei motori ad elevate prestazioni, con elevati regimi di rotazione.

Descrivo brevemente la tipologia delle perdite in un motore, a cui esse sono dovute:

  • Perdite di pompaggio, che si generano durante le fasi di aspirazione e di scarico, queste perdite sono principalmente dovute al gruppo pistone-segmenti;
  • Perdite dovute ad i cuscinetti di biella e di banco.
  • Perdite dovute all’azionamento di tutto il gruppo distribuzione, del cambio e della trasmissione primaria e secondaria.
  • Perdite dovute a pompa acqua, pompa olio, generatore di corrente.
  • Perdite dovute allo sbattimento dell’olio.


In particolare in un motore si analizzano le “perdite di pompaggio” perché queste tendono ad aumentare al crescere del regime di rotazione del motore, infatti possono anche raggiungere coefficienti molto elevati, contribuendo negativamente sulle prestazioni di un motore specialmente in quelli ad alte prestazioni. Per ovviare e ridurre questo inconveniente, vengono effettuati accurati e precisi studi per il dimensionamento dei condotti di aspirazione e di scarico, ottimizzando i flussi e le risonanze generati in queste fasi, a tutto vantaggio delle capacità respiratorie di un motore.

In pratica, si evince che la perdita di un certo valore di potenza è inevitabile, dovuta dagli attriti di tutti i componenti e gli organi di un motore, che assorbono una determinata quantità di energia, e questo spiega perché la potenza disponibile all’albero motore non sarà mai uguale alla potenza disponibile alla ruota. A questo possiamo aggiungere che la tecnologia moderna ha contribuito in maniera determinante, migliorando notevolmente le prestazioni di un motore, grazie anche agli studi fatti sui lubrificanti.


Il rendimento termico è il rapporto tra il calore trasformato in energia meccanica ed il calore sviluppato dalla combustione, infatti migliore sarà il rendimento termico di un motore, tanto maggiore sarà la sua efficienza, riuscendo ad sfruttare al meglio l’energia disponibile.

I fattori da cui dipende il rendimento termico di un motore sono:

  • Il disegno della camera di scoppio.
  • La dosatura della miscela (carburazione).
  • La fase di anticipo accensione.


Lo studio dei motori è rivolto sempre più in maniera scrupolosa all’ottenere dei motori con il rendimento termico più elevato possibile, approfondendo e concentrando tali studi sui fattori da cui esso dipende, in particolare:

  • lo studio sui disegni delle camere di combustione (da cui dipende la rapidità con la quale si svolge la combustione)
  • un “rapporto di compressione” alto, perché da tale fattore dipende il miglioramento di un motore.

Purtroppo nei motori a benzina esiste l’inconveniente di non poter adottare alti rapporti di compressione a causa della “detonazione”, fenomeno che insorge appunto con valori di rapporto di compressione elevati. Da quanto detto si deduce che migliorare il rendimento di un motore, vuol dire aumentare la potenza erogata a parità di consumo, o fare diminuire il consumo a parità di potenza erogata.


Il rendimento volumetrico è costituito dalla quantità di miscela (aria benzina) aspirata ad ogni ciclo, e quella corrispondente al volume generato dal pistone (Cilindrata) durante la corsa dal PMS al PMI, e da questo rapporto ne dipendono l’efficienza di un motore e la sua capacità di respirazione, a cui è legata la potenza che il motore e in grado di erogare.

Anche il valore del rendimento volumetrico è soggetto a peggioramento al variare del regime di rotazione del motore, in quanto entrano in gioco dei fattori molto importanti, tra cui il ridottissimo tempo a disposizione durante la fase di aspirazione oltre che alle perdite di carico generate dagli attriti dei gas con le pareti dei condotti. Per ottenere dei buoni rendimenti volumetrici, specialmente nei motori con elevati regimi di rotazione, si interviene tramite la fasatura della distribuzione, giostrando sull’anticipo e sul tempo di apertura (Ritardo di chiusura) delle valvole, impiegando anche l’utilizzo di quattro o cinque valvole per cilindro, oltre che alle grandi dimensioni dei condotti, evitando che i gas raggiungano elevate velocità.

 

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Commento di: Mixx il 24-08-2008 03:20
Un parametro importante per valutare il rendimento di un motore sarebbe il consumo specifico.
Questo dato e', o forse era, espresso in grammi/cavallo/ora (oggi grammi/kw/secondo o grammi/kw/ora?) ed e' caratteristico di una particolare "accoppiata" di giri e potenza-coppia erogata.
In breve indica quanti grammi di carburante vengono consumati per ogni singolo cavallo erogato in un'ora di funzionamento.
Non importa la cilindrata, indica solo quanto "costa" in grammi di carburante.
Fornendo un esempio ricordo il motore automobilistico "FIRE 1000", montato sulla Fiat Uno negli anni '80, fosse negli articoli tecnici indicato come un record, con un'area di 185 gr/cv/h, ovviamente con medio-alto carico (posizione acceleratore).
A titolo di esempio evidenzio che con il minimo carico, cioe' al minimo, esso assume un valore altissimo perche' l'energia erogata dal motore e' interamente utilizzata per tenere in moto se stesso.
Se venisse indicato, assieme ai canonici dati tecnici, aiuterebbe a capire se si sta acquistando un propulsore "sprecone" o attento ai consumi di carburante.
Il concetto su cui si basa non e' poi cosi' incomprensibile ad un lettore attento ed interessato.
Eh, magari...!
Commento di: sonoio il 25-06-2009 15:34
posso fare una domanda da ignorante?...come mai si evita di far raggiungere elevate velocità ai gas? è meglio avere più pressione che velocità dei gas agli alti regimi? ...
Commento di: pakyteil il 11-10-2009 02:08
non è aumentando la pressione e quindi la velocità dei gas che si aumenta il rendimento volumetrico del motore.... ma è incrementando la quantita di gas in unità di volume....

una cosa è avere 10 metri cubi di gas al secondo da un collettore d'aspirazione di 2 cm di diametro.. (che andrebbero a velocità elevatissime e quindi creerebbero elevatissimi attriti a scapito del R.V.)

un'altra cosa è avere 10 metri cubi di gas al secondo da un collettore di 10 cm di diametro.....
(stessa volumetria per unità di tempo.. ma con minore velocità e quindi minor attrito)

credo sia stato utile...