Come annunciato nei commenti scritti qualche giorno fa, in questo post viene confrontato il ciclo termodinamico del motore Colibrì con il ciclo Rankine passando per il ciclo relativo al motore Uniflow.
I tre cicli sono stati costruiti riprendendo le stesse condizioni operative adottate nei post precedenti.
Si puntualizza che i diagrammi mostrati di seguito usano esattamente lo stesso quantitativo di vapore per ciclo (0,03492g). L'assorbimento termico nei tre casi è pertanto identico e pari a 82,4J.
Nell'immagine che segue è rappresentato il ciclo del Motore Colibrì. Per i dettagli sul ciclo si rimanda al post dedicato.
Il motore Uniflow adotta la stessa soluzione del Colibrì per quanto riguarda lo scarico del vapore, mentre è provvisto di una valvola pilotata per quanto concerne l'immissione del vapore.
Il pilotaggio della valvola rende possibile sia l'estrazione del lavoro isobaro, sia l'annullamento della differenza di pressione esistente fra la camera di espansione e l'immissione al momento dell'apertura della luce di carico eliminando pertanto il problema del volume ladro.
Di seguito è graficato il ciclo di un motore Uniflow.
La curva di compressione, che nel Colibrì parte dal punto C per interrompersi al punto D, nell'Uniflow prosegue fino al punto E. In tale punto la pressione nel motore uguaglia la pressione di immissione.
Nel punto E si apre la valvola di carico e inizia il processo isobaro fino al punto A.
A questo punto la valvola di carico si chiude e comincia l'espansione adiabatica fino al punto B.
Al punto B si apre la luce di scarico e la pressione ritorna al punto C con processo isocoro.
Il diagramma mostra che, rispetto all'area del Colibrì, l'area del ciclo dell'Uniflow, cioè il suo lavoro utile, aumenta della superficie di colore verde (1,5J).
La prossima immagine è relativa al ciclo Rankine, che dal punto di vista teorico rappresenta il massimo ottenibile con il vapore.
Nel ciclo Rankine oltre alla valvola di carico, viene opportunamente pilotata anche la valvola di scarico.
Mentre nel ciclo Uniflow (e in quello del Colibrì) l'espansione adiabatica viene troncata nel punto B, nel ciclo Rankine l'espansione prosegue fino al punto F. In tale punto la pressione nel motore uguaglia la pressione allo scarico.
A questo punto si apre la valvola di scarico e inizia un processo isobaro fino al punto C.
Nel punto C la luce di scarico si chiude e inizia la compressione adiabatica e il resto del ciclo prosegue nello stesso modo già visto per il caso Uniflow.
Il diagramma mostra che, rispetto all'area del Colibrì, l'area del ciclo Rankine, cioè il suo lavoro utile, aumenta della superficie di colore verde (1,5J) e della superficie di colore rosso (1,3J).
Nella tabella che segue sono stati raccolti i dati relativi ai tre cicli appena discussi.
I numeri in tabella mostrano che il ciclo del Colibrì riesce a strappare il 79,4% del rendimento Rankine, un valore sorprendentemente elevato considerata l'estrema semplicità costruttiva del motore.
Il motore Uniflow, che termodinamicamente si piazza a un livello intermedio fra il Colibrì e il Rankine, permette di ottenere un rendimento del 14,9% che equivale ad un incremento di efficienza rispetto al Colibrì del 13,7%.
I tre cicli sono stati costruiti riprendendo le stesse condizioni operative adottate nei post precedenti.
Si puntualizza che i diagrammi mostrati di seguito usano esattamente lo stesso quantitativo di vapore per ciclo (0,03492g). L'assorbimento termico nei tre casi è pertanto identico e pari a 82,4J.
Nell'immagine che segue è rappresentato il ciclo del Motore Colibrì. Per i dettagli sul ciclo si rimanda al post dedicato.
Il motore Uniflow adotta la stessa soluzione del Colibrì per quanto riguarda lo scarico del vapore, mentre è provvisto di una valvola pilotata per quanto concerne l'immissione del vapore.
Il pilotaggio della valvola rende possibile sia l'estrazione del lavoro isobaro, sia l'annullamento della differenza di pressione esistente fra la camera di espansione e l'immissione al momento dell'apertura della luce di carico eliminando pertanto il problema del volume ladro.
Di seguito è graficato il ciclo di un motore Uniflow.
La curva di compressione, che nel Colibrì parte dal punto C per interrompersi al punto D, nell'Uniflow prosegue fino al punto E. In tale punto la pressione nel motore uguaglia la pressione di immissione.
Nel punto E si apre la valvola di carico e inizia il processo isobaro fino al punto A.
A questo punto la valvola di carico si chiude e comincia l'espansione adiabatica fino al punto B.
Al punto B si apre la luce di scarico e la pressione ritorna al punto C con processo isocoro.
Il diagramma mostra che, rispetto all'area del Colibrì, l'area del ciclo dell'Uniflow, cioè il suo lavoro utile, aumenta della superficie di colore verde (1,5J).
La prossima immagine è relativa al ciclo Rankine, che dal punto di vista teorico rappresenta il massimo ottenibile con il vapore.
Nel ciclo Rankine oltre alla valvola di carico, viene opportunamente pilotata anche la valvola di scarico.
Mentre nel ciclo Uniflow (e in quello del Colibrì) l'espansione adiabatica viene troncata nel punto B, nel ciclo Rankine l'espansione prosegue fino al punto F. In tale punto la pressione nel motore uguaglia la pressione allo scarico.
A questo punto si apre la valvola di scarico e inizia un processo isobaro fino al punto C.
Nel punto C la luce di scarico si chiude e inizia la compressione adiabatica e il resto del ciclo prosegue nello stesso modo già visto per il caso Uniflow.
Il diagramma mostra che, rispetto all'area del Colibrì, l'area del ciclo Rankine, cioè il suo lavoro utile, aumenta della superficie di colore verde (1,5J) e della superficie di colore rosso (1,3J).
Nella tabella che segue sono stati raccolti i dati relativi ai tre cicli appena discussi.
| Lavoro utile | Calore assorbito | Rendimento | |
| Ciclo Colibrì | 10,8J | 82,4 J | 13,1% |
| Ciclo Uniflow | ( 10,8 + 1,5 ) J | 82,4 J | 14,9% |
| Ciclo Rankine | ( 10,8 + 1,5 + 1,3 ) J | 82,4 J | 16,5% |
I numeri in tabella mostrano che il ciclo del Colibrì riesce a strappare il 79,4% del rendimento Rankine, un valore sorprendentemente elevato considerata l'estrema semplicità costruttiva del motore.
Il motore Uniflow, che termodinamicamente si piazza a un livello intermedio fra il Colibrì e il Rankine, permette di ottenere un rendimento del 14,9% che equivale ad un incremento di efficienza rispetto al Colibrì del 13,7%.
