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2 Svolgimento Il motore in esame adopera il sistema T C S (Turbo Compound System) Con il T C S una aliquota dei gas di scarico by-passa, in determinate condizioni del carico del motore ( %) del valore del progetto, la turbosoffiante di sovralimentazione ed espande in una piccola turbina a gas, collegata mediante un riduttore epicicloidale e giunto idraulico all albero motore al quale trasferisce del lavoro aumentando sia la potenza, il rendimento totale del motore e riduce il consumo specifico del 3% Si riporta, a tale proposito, uno schema di massima dell apparato motore: ) compressore turbo soffiante 2) turbina a gas di scarico per azionamento compressore 3) turbina a gas collegata all albero motore 4) refrigerante aria lavaggio 5) riduttore 4 6) collettore di carica 3 7) collettore gas di scarico 1 2 8) flangia allo scarico Dimensionamento dei motori Per prima cosa si trasforma il regime di rotazione espresso in velocità angolare ω in giri/min n = 60 * 7,98 / 2π = 76 giri/min poi si calcola la cilindrata geometrica unitaria V cg tramite la: N ef * t V cg = m 3 /cil N eff ( KW ; p me ( bar ); n ( giri / min ) t = 2 3,33 * p me * n 1120 * 2 V cg = = 0,65 m 3 /cil 3,33 * 13,62 * 76 Assegnato il rapporto corsa/alesaggio che vale 3,80 si possono determinare le grandezze corsa e diametro Diametro Corsa V cg 4 * 0,65 D = = = 0,60 m C = * D ; C = 3,8 * 0,60 = 2,3 m * 3,80

3 Velocità media 2 n C n C 2,3 * 76 W m = = ( m /s ) = = 5,83 m/s valore a accettabile perché rientra nei parametri che caratterizzano i motori a 2T Consumo orario Si calcola innanzitutto la potenza effettiva di un singolo motore N eff = N eff 1* 8 = 1120 * 8 = 8960 KW Noto il rendimento termico effettivo si calcola la potenza termica disponibile del combustibile : N eff N eff η eff = N disp = = 8960 / 0,52 = KW N disp η eff La potenza termica disponibile può essere espressa anche come il prodotto della portata massica di combustibile m c ( Kg/s) per il potere calorifico H 1 ( Kg/KJ) quindi N disp = m c * H i Bruciando un combustibile con potere calorifico I S O pari a KJ/Kg si ottiene un consumo orario pari a : m c = N dis / H i = KW / * KJ/Kg = 0,403 Kg/s =1450,8 Kg/h Consumo specifico Il consumo specifico, che rappresenta la quantità in massa di fluido richiesto per ottenere l unità di lavoro, è espresso da: m c 1450,8 Kg/h C s = = = 0,161 Kg/ KWh N eff 8960 KW valore a norma perché i motori a due tempi con TCS il c s è compreso tra 0, Kg/Kwh

4 Il bilancio termico Il bilancio termico serve per eseguire l elenco particolareggiato delle varie perdite percentuali di calore che subisce il motore durante il funzionamento, mentre la rimanente parte di energia termica si trasforma in lavoro utile Tali perdite variano in funzione del tipo del motore, e in funzione dell andatura Non si possono dare valori precisi al riguardo se non come valori medi Partendo dal rendimento termico effettivo fornito dalla traccia pari al 52% si dovrà considerare una perdita complessiva pari al 48%, distribuita fra calore sensibile nei gas di scarico, acqua di refrigerazione, refrigeranti aria, olio di lubrificazione e irraggiamento Le perdite si possono ipotizzare ripartite nel modo seguente: m gas m aria q gas = 26 % C T m aria refrigerante q r aria = 9% aria m gas m H2O m aria m H2O q r cilin = 7 % m OLIO q r olio = 4 % q irr = 2% q ut = 52% q disp = 100%

5 Si possono a questo punto ricavare le varie potenze in gioco: Potenza dissipata dai gas di scarico N gas = 0,26 * KW = 4480 KW Potenza dissipata acqua di refrigerazione N H2O = 0,07 * KW = 1206,17 KW Potenza dissipata refrigerazione olio N olio = 0,04 * KW = 689,24 KW Potenza dissipata refrigerazione aria N aria = 0,09 * KW = 1550,79 KW Potenza dissipata per irraggiamento N irr = 0,02 * KW = 344,62 KW La potenza totale dissipata corrisponde a 8270,82 KW cioè pari al 48% Il bilancio termico è stato redatto, naturalmente, supponendo che il motore funzioni con il sistema TCS La potenza meccanica recuperata dai gas di scarico può raggiungere anche il 20% in più rispetto al motore privo del TCS Schema grafico del circuito di raffreddamento del motore I circuiti di raffreddamento utilizzano acqua dolce come fluido refrigerante, ma possono assumere configurazioni molto diverse, a seconda del tipo di nave, di apparato motore, della sua potenza, della temperatura di progetto, delle possibilità di recupero del calore per scopi utili e dei collegamenti con i circuiti di raffreddamento dell aria di carica e dell olio lubrificante Si prenda in esame, come esempio, il seguente schema: T C HT I stadio II stadio LT refrig cilindri refrig olio 2 T H2O mare

6 Esso è costituito da: Un primo circuito ( chiuso) in cui circola l acqua dolce a temperatura media più elevata chiamato circuito H T ( High temperature) Questo è sempre preposto al raffreddamento dei cilindri, spesso provvede anche al raffreddamento del primo stadio dell aria di carica un secondo circuito ( chiuso) sempre ad acqua dolce ma a temperatura media minore e denominato LT ( Low Temperature), il quale sottrae calore al circuito HT, al secondo stadio di raffreddamento dell aria di carica e all olio lubrificante ; un terzo circuito, aperto, ad acqua di mare, il quale sottrae calore ai primi due La figura seguente mostra un altro schema semplificato del circuito acqua dolce di raffreddamento dei cilindri di un generico motore diesel a 2 T della Sulzer della serie RTA Si osservano le due pompe di circolazione una principale e l altra di riserva che comprimono l acqua ad una pressione di circa 4 bar, le tubazioni di ingresso e di uscita dell acqua dal motore, lo scambiatore di calore ad acqua di mare, la cassa di compenso sopraelevata, situata da 10 m a 15 m al di sopra della linea d assi ed occorrente per il riempimento, i trattamenti chimici dell acqua La cassa in comunicazione con l aspirazione delle pompe assicura che i condotti del circuito siano sempre pieni e provvede anche a reintegrare le perdite cassa di compenso t usc ( acqua dolce) bay-pass motore t ing (acqua dolce) refrigerante acqua di mare t usc (mare) t usc (mare) t ing (mare) t ing (mare) elettropompe pompe circolazione acqua dolce L acqua viene introdotta nella parte più bassa dell intercapedine fra la canna ed involucro del cilindro, nella quale si muove dal basso in alto ed esce, dalla parte superiore,in un punto diametralmente opposto a quello di entrata Infine è provvisto un sistema di controllo automatico della temperatura che consente ad una determinata aliquota di acqua di bypassare lo scambiatore quando la temperatura è troppo bassa Nota di specificazione: l acqua dolce deve essere rigorosamente demineralizzata ed è preferibile che sia stata prodotta per mezzo di distillatori a cambiamento di fase,perché quella prodotta con impianti a osmosi inversa possiede spesso un elevato contenuto di cloro, pericoloso agli effetti della corrosione Testi consultati: - R Della Volpe - Impianti motori per la propulsione navale, Liguori Editore - L Ferraro - Macchine marine, Hoepli Prof Leonardo Saba Dipartimento di Macchine Buccari Cagliari

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