lunedì 25 maggio 2015

Rapporto di Compressione

Rappresenta uno dei punti fondamentali da tenere in conto quando si progetta un motore perche da esso dipendono molte altre cose come la potenza, e le emissioni inquinanti tra altre.


Il Rapporto di Compressione di un motore alternativo rappresenta uno dei parametri fondamentali della progettazione di una nuova unità motrice, infatti, esso influenza enormemente diversi fattori che costituiranno le prestazioni del futuro motore, alcune di questi sono:
  • Coppia,
  • Potenza,
  • Emissioni inquinanti,
  • Consumi,
  • Rendimento meccanico,
  • Rendimento termico, ecc

Rapporto di compressione, volume camera di scoppio e volume cilindro
Differenza tra il volume del cilindro e il volume della camera di combustione.



Il Rapporto di Compressione di un motore alternativo viene definito dalla formula: 

 RC=V+v/v 

Dove: 

RC e il rapporto di Compressione, 
V e il volume del cilindro,
v  e il volume della camera di combustione (spazio libero che rimane tra la testata e il pistone quando quest'ultimo si trova nel P.M.S.).

Il Rapporto di compressione è un parametro ingegneristico adimensionale (senza unità di misura) atto a far capire in un colpo d'occhio, il grado di esasperazione Meccanico e Termodinamico del motore in questione.

Motori Benzina con rapporti di compressione inferiori a 9:1 sono solitamente considerati di scarso rendimento se esso è un'unità aspirata, mentre, se esso fosse un'unita motrice sovralimentata, un valore del genere rappresenterebbe un valore elevato per motori di oltre 20 anni fa come le varie Fiat Uno Turbo, Lancia Delta Integrale/HF, Renault supercinque GT Turbo, Ford Fiesta Turbo ecc.   mentre oggi, con la grande evoluzione dei materiali e della gestione motore (le Centraline) che esiste, valori del genere sono del tutto comuni, anzi, in alcuni casi, addirittura bassi come nelle varie motorizzazioni a bassa pressione di sovralimentazione dove non è raro trovare rapporti di compressione di 11:1.

Motori aspirati di elevate prestazioni oggi giorno usano rapporti di compressione anche di 12:1 che oltre alle ragioni sopra menzionate sono possibili grazie anche alla disponibilità di carburanti dalle prestazioni migliori rispetto ad alcuni decenni fa.  I motori da competizione aspirati spesso hanno valori di oltre 12:1.

Purtroppo, più si sale con il rapporto di compressione (quindi il motore risulta più compresso), più vi è il pericolo di incorrere nel pericoloso fenomeno della detonazione, e che quindi pone un limite invalicabile oltre il quale, no si può più andare a meno di non usare carburanti speciali con un numero di ottani maggiore che nel mondo motorsport sono molto diffusi, anche se spesso capita che quelli consentiti dai regolamenti siano ridotti rispetto all'offerta del mercato (per esempio, le auto Gruppo N possono usare solo carburanti con numero di ottani di 102 omologati FIA).

Per tanto il Rapporto di Compressione sta ad indicare quanto è spinto il motore termodinamicamente in virtù che da esso dipende gran parte della potenza sviluppata.

Non bisogna però confonderla con la pressione al termine della fase di compressione, che dipende dal rapporto di compressione e del Rendimento Volumetrico RV.

Il rapporto numerico che lega il rapporto di compressione RC, con il Rendimento Volumetrico e con la pressione al finale della fase di compressione di un motore a scoppio, viene rappresentata nella figura 2: per esempio, in un motore con RC=6:1 la pressione risulterebbe superiore a 10 Kg/cm2 se il Rendimento Volumetrico fosse teoricamente perfetto (uguale a 1); per un Rendimento Volumetrico di 0,6 e con lo stesso valore di RC si otterrebbe una pressione di compressione di 6 Kg/cm2.
Rapporto di compressione, pressione al finale della fase di compressione nella camera di scoppio in funzione al rapporto di compressione ed il rendimento volumetrico
Rapporto di compressione in un motore a scoppio: p= pressione al finale della fase di compressione; RV, Rendimento Volumetrico; RC, Rapporto di Compressione.


Come detto prima, il Rapporto di Compressione tiene un effetto fondamentale sul Rendimento del ciclo teorico del motore; il rendimento cresce all'aumentare RC secondo una legge hiperbolica.

Nei motori Diesel, per automobili, si adottano valori di RC tra 16 e 22:1, dovendosi assicurare l'infiammazione spontanea del combustibile iniettato; in cambio, nei motori ad accensione non spontanea (i comuni motori a benzina per intenderci) questi rapporti di compressione variano da 6:1 (motori molto vecchi) e 12:1 (nei motori di motociclette sportive) per motori di serie e fino a 13.8:1 per motori da F1 essendo in pratica il limite raggiungibile prima di incappare nel temutissimo fenomeno della detonazione.

Questo limite viene dato principalmente dalla gradazione del carburante usato, la quale viene comunemente chiamata numero di Ottani, il quale fornisce l'indicazione sulle qualità antidetonanti di una benzina. Quanto maggiore è il numero di ottano tanto più è la resistenza alla detonazione della benzina.

Nel caso della benzina commerciale Verde si suol arrivare a 98 ottani anche se dal passare da benzine con tetraetile di piombo (la Super) a quella senza (la verde) si è dovuto cambiare questo componente aumentando la concentrazione di altri, come il benzene e gli idrocarburi aromatici i quali sono ritenuti altamente nocivi (sono considerati cancerogeni), forse più del tetraetile di piombo. Andare oltre tale rapporto di compressione richiede obbligatoriamente di carburanti speciali (o di appositi aditivi) che di solito vengono usati solo ed esclusivamente per le corse.



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