TERMODINAMICA. T85D - Banco Prova Motori a Combustione Interna

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1 TERMODINAMICA T85D - Banco Prova Motori a Combustione Interna 1. Generalità Il banco prova motori Didacta T85D (vedi fig. 1) è stato progettato per mettere a disposizione dei laboratori di prova un sistema altamente didattico per l insegnamento dei motori a combustione interna. Nella progettazione si è tenuto conto di tutte le esigenze didattiche senza perdere di vista i problemi pratici di installazione e sostituzione dei motori in prova. Si è così realizzata una unità assolutamente esente da vibrazioni, che può essere installata in qualsiasi locale, in cui i motori di prova sono disponibili a due per volta sul banco e possono essere provati l uno dopo l altro in rapida sequenza. I motori sono accoppiati ad una unità frenante dinamometrica per la determinazione delle caratteristiche di coppia e potenza. E disponibile un sistema di acquisizione e analisi dati per Personal Computer denominato SAD/End che consente l esecuzione automatica delle misure, la produzione a video o in stampa delle curve caratteristiche, l archiviazione su disco o la stampa dei dati sperimentali. Il sistema SAD/End consente l acquisizione su Personal Computer e la loro successiva elaborazione di coppia, velocità, flusso aria, flusso combustibile. Il sistema SAD/End è descritto dettagliatamente in scheda separata. DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

2 2. Composizione Il sistema comprende: Gruppo base, comprendente il telaio di supporto; L unità dinamometrica ad avviamento elettrico, il quadro di comando e strumentazione e l unità per la misura del flusso aria aspirata (cod ); Motori di prova montati ciascuno su un telaio di supporto con guide di scorrimento (vedi tabella 1); Gruppo di carico (cod ); Gruppo ausiliario di raffreddamento (opzionale - cod ); Giunto elettromagnetico (opzionale - cod ); Calorimetro gas di scarico (opzionale - cod ); Kit misura temperatura gas di scarico (opzionale - cod ); Dispositivo per la variazione della ricchezza della miscela per motori a benzina (opzionale - cod ); SAD/End - Sistema acquisizione dati per motori endotermici (per descrizione e caratteristiche tecniche vedi catalogo separato) (opzionale - cod ); T156D/2 - Kit per l analisi chimica dei gas di scarico (opzionale - cod ). 3. Descrizione Gruppo di Base - cod Il gruppo base comprende i seguenti elementi: Telaio di supporto; Unità dinamometrica; Pannello di comando e strumentazione; Unità misura flusso aria aspirata. Telaio di supporto Costruito in lamiera di acciaio pressopiegata e saldata, è costituito da una scocca inferiore ed una superiore unite fra loro, con interposti quattro antivibranti in gomma a grande superficie aventi la funzione di assorbire totalmente le vibrazioni prodotte dai motori in funzionamento. In tal modo è completamente eliminata la trasmissione di dannose vibrazioni al pavimento e ad altri componenti del gruppo. Il telaio inferiore non necessita di essere fissato a pavimento in quanto assolutamente esente da vibrazioni, il telaio superiore dispone di speciali guide di scorrimento idonee a supportare i motori, il gruppo dinamometrico ed altri accessori. Unità dinamometrica L unità dinamometrica ha la possibilità di funzionare come motore per consentire l avviamento dei motori in prova e come freno per permette la determinazione delle caratteristiche di coppia e potenza dei vari motori. Esso consiste in un motoregeneratore c.c. a carcassa oscillante e cella di carico. La potenza di frenatura arriva fino a 10 kw. Pannello di comando e strumentazione E costituito da una struttura metallica in acciaio disposto a cavallo del gruppo di base senza alcun collegamento meccanico con esso, in modo da essere isolato da ogni vibrazione indotta. Sulla struttura sono montati i serbatoi per il combustibile, i dispositivi per la determinazione del consumo dello stesso ed il quadro elettrico di comando dotato di strumentazione, lampade spia e di tutti i comandi idonei a realizzare: accensione del gruppo scelta della funzione motorizzazione oppure frenatura scelta della rotazione oraria oppure antioraria avviamento elettrico del motore a velocità variabile inserzione alternativa dei giunti elettromagnetici regolazione frenatura con lettura digitale di: giri motore coppia corrente eccitazione Sono inoltre previsti vari attacchi ed un grande piano d appoggio per l alloggiamento di altre dotazioni di serie ed opzionali. Unità misura di flusso aria aspirata L unità consiste in due cassoncini smorzatori dotati di orifizi tarati ed attacchi a tubo flessibile per la connessione ai motori in prova e di due micromanometri differenziali universali a scala inclinabile. E così possibile effettuare determinazioni precise del volume di aria aspirata dal motore. Motori di prova I motori vengono installati sugli appositi telai di supporto dotati di guide di scorrimento per facilitare il collegamento con il gruppo dinamometrico. Sono disponibili 5 tipi di motori a combustione interna. Ciascuna base è dotata di attacchi universali per una rapidissima installazione dei motori sul gruppo di base ed il calettamento delle uscite d albero avviene per mezzo di giunti elastici ad accoppiamento rapido. Le caratteristiche principali dei motori sono riassunte in tabella 1. Page 2

3 Gruppo di carico - cod Consiste in un dissipatore che comprende una batteria di elementi resistivi alloggiato in una cassetta autoventilata dotata di ruote pivotanti. Il collegamento al gruppo di alimentazione viene effettuato per mezzo di un cavo flessibile terminante con spina multipla. OPZIONALI Gruppo ausiliario di raffreddamento (opzionale - cod ) Per motori raffreddati ad acqua è previsto un gruppo ausiliario opzionale di raffreddamento (vedi fig. 2) che svolge le funzioni normalmente svolte dal radiatore e permette di effettuare delle misure sul sistema di raffreddamento. In abbinamento al calorimetro opzionale gas di scarico permette inoltre di effettuare un bilancio termico del motore. Il gruppo comprende: vaso di espansione con sistema di raffreddamento a miscelazione con controllo automatico a circuito chiuso; tubazioni; manichette flessibili; elettropompa di circolazione; flussometro per la determinazione della portata acqua di raffreddamento; n 5 termocoppie collegate ad indicatore digitale per la valutazione delle temperature nei punti più significativi del circuito. Fig.2 - Gruppo ausiliario opzionale di raffreddamento. Fig.3 - Calorimetro opzionale gas di scarico. Gruppo giunto elettromagnetico (opzionale - cod ) L accoppiamento dei motori in prova al gruppo dinamometrico può avvenire o calettando direttamente un motore per volta oppure tramite giunti elettromagnetici che attivati alternativamente permettono di avere montati contemporaneamente due motori e di accoppiarne uno per volta. Ciascun giunto è dotato di base e giunto elastico analoghi a quelli dei gruppi motori e quindi di rapidissimo montaggio. Il giunto elettromagnetico è del tipo monodisco a magnete fisso ed armatura in materiale ferromagnetico con annegato l anello di frizione ed il disco d indotto è in acciaio nitrurato.

4 Calorimetro gas di scarico (opzionale - cod ) Per l esecuzione di un bilancio termico accurato è necessario poter effettuare una determinazione precisa delle calorie evacuate nei gas di scarico. Il calorimetro gas di scarico (vedi fig. 3) permette di raffreddare tramite acqua i gas di scarico che sono così emessi a temperatura inferiore e comprende: scambiatore di calore gas/acqua; flussometro per la misura della portata dell acqua di raffreddamento dei gas di scarico; n 2 termometri per la misura della temperatura dell acqua di raffreddamento dei gas di scarico a monte e a valle dello scambiatore. Il gruppo calorimetro è montato su un telaio indipendente con ruote ed è facilmente collegabile al motore in prova. Per l utilizzo del calorimetro è indispensabile il kit opzionale per la misura della temperatura dei gas di scarico - cod Kit per la misura della temperatura gas di scarico (opzionale - cod ) Il kit è costituito da uno strumento misuratore di temperatura di tipo digitale con compensazione automatica del giunto freddo e da una termocoppia Cr/Al adatta alla misura di alte temperature. Ogni motore è già predisposto con il pozzetto per l inserimento della sonda. Dispositivo variazione ricchezza miscela per motori a benzina (opzionale - cod ) Permette di ottenere, nei motori con alimentazione a carburatore, una variazione continua della ricchezza miscela. Il dispositivo non produce effetti secondari sulle caratteristiche del carburatore e per questo è tra i più usati nella sperimentazione sui motori. Si compone di una elettropompa vuoto/pressione, pannello di controllo, valvola sensitiva e manometro per la connessione al carburatore. SAD/End - Sistema acquisizione dati per motori endotermici (per descrizione e caratteristiche tecniche vedi catalogo separato) (opzionale - cod ) Il sistema computerizzato SAD/End consente di acquisire dati in tempo reale dai banchi prova motori a combustione interna. T156D/2 - Kit per l analisi chimica dei gas di scarico (opzionale - cod ) L analizzatore gas di scarico, a raggi infrarossi, è adatto a motori a benzina. Consente di misurare i valori di monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO 2 ), idrocarburi incombusti (HC) e ossigeno (O 2 ), sulla base dei quali viene automaticamente calcolato il rapporto aria/combustibile, indispensabile come riferimento per ottenere una corretta messa a punto del motore. 4. Esperienze realizzabili Esercitazioni in aula Fondamenti della meccanica: i concetti di lavoro, energia e potenza. Principi di funzionamento dei motori a combustione interna. Calcolo delle dimensioni delle luci in un motore a 2 tempi, in funzione del diagramma di distribuzione. Aspetti dinamici e cinematici del motore: forze agenti sulla biella, sullo stantuffo e sull albero motore; diagrammi dello spostamento, della velocità e dell accelerazione dello stantuffo. Definizione dei principali parametri caratterizzanti il funzionamento dei motori a combustione interna: coppia e potenza erogate, consumo specifico di combustibile, rendimenti, rapporto aria/combustibile. Dimensionamento del sistema di raffreddamento (con aria o con acqua) di un motore a combustione interna. Nuovi tipi di combustibili per motori a combustione interna, non derivati dal petrolio. Esercitazioni in laboratorio Procedure per l avviamento di un motore a combustione interna e relative norme di sicurezza. Uso del dinamometro per la determinazione della coppia motrice e della potenza del motore. Determinazione della coppia motrice e della potenza a piena ammissione, al variare della velocità di rotazione del motore. Determinazione del consumo specifico di combustibile e del rendimento utile del motore. Determinazione del rendimento volumetrico e del rapporto aria/combustibile. Misurazione della portata di un fluido (aria o acqua di raffreddamento, gas di scarico, combustibile). Determinazione della quantità di calore assorbita da un fluido, mediante misurazione della variazione di temperatura e della portata. Determinazione del fabbisogno di aria e di combustibile; calcolo del rapporto di miscela. Misurazione del rendimento volumetrico e meccanico, mediante l utilizzo del dinamometro come motore elettrico per ottenere diverse velocità di rotazione del motore a combustione interna. Determinazione del bilancio termico del motore mediante misurazione delle grandezze seguenti: quantità di calore assorbita dall aria (o acqua) di raffreddamento (con opzionale ); quantità di calore assorbita dai gas di scarico (con opzionali e ); energia meccanica utile; Page 4

5 Determinazione della potenza e del consumo di combustibile usando (solo per motori a 4 tempi) una miscela di benzina (80%) e alcool (20%) invece di benzina pura. Esecuzione delle prove principali e rilievo delle curve caratteristiche su Personal Computer (con sistema opzionale SAD/End). 5. Servizi richiesti Alimentazione elettrica: 380 V CA trifase, 50/60 Hz, 4 kw Alimentazione idrica: 500 l/h 3 bar Scarico acqua Uscita gas di scarico 6. Pesi e Dimensioni Gruppo base Dimensioni: 2530 x 780 x 1200 h mm Peso: 420 kg Gruppo di comando Dimensioni: 1200 x 1050 x 2000 h mm Peso: 110 kg Gruppo di carico Dimensioni: 650 x 450 x 950 h mm Peso: 57 kg Gruppo ausiliario di raffreddamento (opzionale) Dimensioni: 800 x 500 x 2000 h mm Peso: 100 kg Calorimetro gas di scarico (opzionale) Dimensioni: 800 x 800 x 1800 h mm Peso: 80 kg SAD/End - Sistema acquisizione dati per motori endotermici (opzionale) Dimensioni: 550 x 360 x 350 h mm Peso: 15 kg T156D/2 - Kit per l analisi chimica dei gas di scarico (opzionale) Dimensioni: 400 x 180 x 450 h mm Peso: 8,6 kg

6 Tabella 1 - Principali caratteristiche di alcuni motori disponibili Codice Ciclo Otto Diesel Diesel N. tempi Alimentazione Benzina Gasolio Gasolio Raffreddamento Aria Aria Acqua Cilindri Cilindrata [cm 3 ] Potenza max. [kw] Giri Potenza max. [giri/i ] Coppia max. [Nm] Giri Coppia max. [giri/i ] Peso [kg] (Dati dichiarati dal costruttore dopo rodaggio con filtro aria e marmitta standard) Cod. R00215/I 1012 Ed. 01 Rev. 03 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 6