Renato Della Volpe Impianti Motori Per La Propulsione Navale Liguori Editore 9788820758837 EDGT19714 1339083683310 Preview

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Renato della Volpe

Impianti Motori per la Propulsione Navale

Liguori Editore


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978 - 88 - 207 - 5883 - 7

1. Motori navali

2. Turbomotori navali

I. Titolo

II. Collana

III. Serie

Aggiornamenti:

————————————————————————————————————————— 15 14 13 12 11 10 09 08 07

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0


Indice

Presentazione Prefazione

XI XIII

Capitolo I - Tipologia degli impianti motori navali

1

I.1 Generalità I.2 Rendimenti e consumi specifici I.3 Parametri fondamentali che caratterizzano una nave

1 2 6

Capitolo II - Propulsione - Propulsori

9

II.1 La propulsione - Principi generali ed applicazioni nel campo navale II.2 Propulsori navali II.2.1 Eliche a passo variabile II.2.2 Eliche controrotanti II.2.3 Idrogetto II.2.4 Dynamic Positioning (D.P.) II.3 Linversione della spinta e lo spazio di arresto di una nave II.4 Il collegamento elica impianto motore - La linea dassi

9 17 21 28 30 32 33 34

Capitolo III - Alcune tipologie di navi destinate al servizio merci ed al servizio passeggeri

45

III.1 Premessa III.2 Servizio merci III.2.1 Bulk carriers III.2.2 Portacontainers - Generalità III.2.2.1 Evoluzione e stato attuale III.2.2.2 Sviluppi futuri III.2.3 Navi cisterna III.2.3.1 Petroliere (Oil tankers) III.2.3.2 Product tankers III.2.3.3 Chemical tankers III.2.3.4 LPG tankers

45 45 46 48 50 57 59 63 66 67 68


VI

Indice

III.2.3.5 LNG tankers III.2.3.6 PSO (loating-Production-Storage-Offloading) III.2.3.7 Shuttle tankers III.2.4 Navi refrigerate (Reefer ships) III.2.5 Roll on/Roll off III.2.6 Traghetti esportazione auto (Export cars carriers) III.2.7 Navi speciali III.3 Servizio passeggeri III.3.1 Navi da crociera (Cruise ships) e liners III.3.2 Traghetti (Cars and passengers ferries) Ropax III.3.3 Traghetti veloci (ast ferries)

70 80 82 84 85 86 86 88 88 90 91

Capitolo IV - Ciclo reale e funzionalità di un motore diesel a quattro tempi

95

IV.1 Generalità IV.2 ase di aspirazione IV.2.1 Valutazione della pressione nel cilindro IV.2.2 Quantità di gas residui nel cilindro IV.3 Il coefficiente di riempimento IV.3.1 Tempi di apertura e di chiusura delle valvole IV.3.2 Velocità di rotazione del motore IV.3.3 Dimensioni della valvola di aspirazione IV.3.4 Pressione di aspirazione IV.4 ase di compressione IV.4.1 attori che influiscono sulla compressione IV.5 Combustione ed espansione IV.6 ase di scarico

95 97 99 99 100 101 102 103 105 105 106 107 108

Capitolo V - Ciclo reale e funzionamento di un motore diesel a due tempi

111

V.1 Considerazioni generali sul funzionamento e sul lavaggio dei motori diesel a due tempi V.2 Lavaggio longitudinale o unidirezionale V.3 Lavaggio a correnti ripiegate V.3.1 Lavaggio a correnti ripiegate con feritorie affacciate (igg. V.3d e V9) V.3.2 Lavaggio a correnti ripiegate con feritorie sovrapposte (igg. V.3e e V10) V.4 Analisi teorica semplificata del lavaggio

111 116 122 122 127 132

Capitolo VI - Combustione e combustibili

137

VI.1 Generalità sui processi di combustione VI.2 Accensione spontanea e tempo di incubazione

137 138



Indice

VII

VI.3 La combustione nei motori diesel VI.4 Combustione normale VI.5 Parametri che influenzano il tepmo di ritardo allaccensione e la normale combustione nei motori diesel VI.6 Combustibili per i motori diesel marini e loro caratteristiche VI.7 Limpiego dei combustibili pesanti nei motori diesel marini VI.8 I combustibili leggeri ed il numero di cetano VI.9 Circuito del combustibile

143 154 163 167 169

Capitolo VII - Potenza - Regolazione - Bilancio termico

177

VII.1 VII.2 VII.3 VII.4 VII.5

177 181 192 199 202

Espressioni della potenza di un motore alternativo a c.i. Curve caratteristiche e piani quotati attori che influenzano la potenza Regolazione della potenza Bilancio termico

Capitolo VIII - La sovralimentazione

VIII.1 Generalità - Sovralimentazione a comando meccanico e sistema Büchi con sovralimentazione a gas di scarico VIII.2 Evoluzione dei sistemi di sovralimentazione nei motori diesel a due tempi VIII.3 Cicli dei motori sovralimentati a quattro tempi e a due tempi VIII.4 Turbocompressori a gas di scarico VIII.5 La sovralimentazione nei moderni motori diesel - Alcuni problemi particolari VIII.6 Recupero dellenergia di supero nei gas di scarico

Capitolo IX - Iniezione del combustibile - Sistemi adoperati - Il problema della miscelazione con laria

IX.1 IX.2 IX.3 IX.4

Generalità Iniezione pneumatica Iniezine meccanica Descrizione del funzionamento di un sistema di alimentazione e di iniezione meccanica IX.4.1 Pompa di iniezione IX.4.2 Iniettori IX.5 Common Rail IX.6 La polverizzazione del combustibile IX.7 La formazione della miscela aria-combustibile nelle camere di combustione ad iniezione diretta


139 141

209

209 217 223 227 236 240

247 247 248 251 252 254 259 264 268 272

VIII

Indice

Capitolo X - Raffreddamento e lubrificazione

277

X.1 X.2 X.3 X.4

Generalità sul raffreddamento Sistemi e circuiti di raffreddamento Lubrificazione e lubrificanti - Generalità Sistemi e circuiti di lubrificazione X.4.1 Circuito di lubrificazione di un motore a due tempi X.4.2 Circuito di lubrificazione di un motore a quattro tempi X.5 Depurazione centrifuga dellolio X.6 Lubrificanti sintetici

277 281 295 296 297 302 307 307

Capitolo XI - Distribuzione - Avviamento - Inversione di marcia Cenni sui sistemi avanzati di controllo automatico

309

XI.1 La distribuzione XI.2 Lavviamento XI.3 Linversione di marcia

309 316 325

Capitolo XII - Il motore diesel nella propulsione navale

333

XII.1 XII.2 XII.3 XII.4

333 335 345

XII.5 XII.6 XII.7 XII.8 XII.9

Premessa Evoluzione del motore a due tempi non sovralimentato Evoluzione del motore a due tempi sovralimentato Diffusione del motore a due tempi nella propulsione navale e suo ulteriore sviluppo fino al 1985 Evoluzione del motore a due tempi dal 1985 ai giorni nostri Costituzione di un motore a due tempi Sviluppo del motore diesel a quattro tempi e sua costituzione Caratteristiche peculiari del motore a due tempi e a quattro tempi Confronto Differenti disposizioni dei motori a quattro tempi

354 364 378 391 405 411

Capitolo XIII - La turbina a vapore nella propulsione navale

425

XIII.1 XIII.2 XIII.3 XIII.4 XIII.5

425 427 435 448 458

Premessa Costituzione di una turbina a vapore Turboriduttori navali Regolazione della potenza ed inversione della marcia Evoluzione della turbina a vapore nella propulsione navale

Capitolo XIV - La turbina a gas nella propulsione navale

473

XIV.1 XIV.2

473 481

Richiami sui cicli termodinamici delle turbine a gas Tipi di turbine a gas adoperate nella propulsione navale



Indice

IX

XIV.3

Caratteristiche peculiari della turbina a gas in relazione alle applicazioni navali XIV.4 Prime applicazioni della turbina a gas sulle navi mercantili XIV.5 Ulteriori applicazioni della turbina a gas sulle navi mercantili XIV.6 La turbina a gas ABB GT 35 XIV.7 Impianti combinati XIV.8 Applicazioni della turbina a gas sulle navi militari XIV.9 Impianti misti diesel e/o turbine a gas XIV.9.1 Impianto a vapore più turbina a gas XIV.9.2 Motore diesel più motore diesel XIV.9.3 Motore diesel più turbina a gas XIV.9.4 Turbina a gas più turbina a gas XIV.9.5 Confronto tra differenti tipi di impianti misti XIV.10 Sviluppi futuri della turbina a gas XIV.10.1 Descrizione dellimpianto WR-21 ICR XIV.11 Conclusioni

486 497 508 512 515 518 522 525 527 530 537 544 546 551 556

Capitolo XV - Propulsione elettrica

557

XV.1 XV.2 XV.3 XV.4

557 559 566

XV.5 XV.6 XV.7 XV.8 XV.9

Generalità Peculiarità della propulsione elettrica Recenti applicazioni della propulsione diesel elettrica Propulsione elettrica mediante AZIPOD (AZImuthing POdded Drive) Applicazioni della propulsione elettrica con gruppi sommersi Propulsione elettrica con impianti combinati (TG+TV) e con impianti misti (TG+DIESEL) Propulsione ibrida La propulsione elettrica sulle navi militari Cenni sui motori elettrici

Capitolo XVI - Sviluppi futuri degli impianti di propulsione di alcune tipologie di navi

XVI.1 Premessa XVI.2 Sviluppo degli impianti di propulsione delle portacontainers XVI.3 Sviluppo degli impianti di propulsione delle metaniere XVI.3.1 Alternative alla turbina a vapore XVI.3.2 Motore diesel a due tempi ed impianto di riliquefazione a bordo XVI.3.3 Motore diesel a quattro tempi dual fuel XVI.3.4 Turbina a gas XVI.4 Conclusioni


572 581 585 588 593 594

597 597 597 604 608 610 613 619 619


X

Indice

Capitolo XVII - Inquinamento atmosferico da motori marini a combustione interna

623

XVII.1 Introduzione XVII.2 Emissioni da motori diesel XVII.2.1 Ossidi di azoto NOx XVII.2.2 Ossidi di zolfo SOx XVII.2.3 Idrocarburi incombusti HC-Ossido di carbonio CO-Anidride carbonica CO 2 XVII.2.4 Particolato XVII.3 Regolamentazione delle emissioni inquinanti XVII.4 Metodi per contenere gli ossidi di azoto XVII.4.1 Metodi primari XVII.4.2 Metodi secondari XVII.5 Il metano

633 634 638 642 642 652 659

Capitolo XVIII - Impianti per la produzione di energia elettrica a bordo

663

XVIII.1 Generalità sui fabbisogni di energia elettricae sui sistemi impiegati per la produzione XVIII.2 Generatore asse e Con-Speed

663 671

Bibliografia

675


623 625 630 631


Presentazione

Questo volume, scritto dallo stimatissimo collega prof. Renato della Volpe, giunto alla terza edizione, costituisce un sicuro, aggiornato riferimento per quanti hanno interesse alla evoluzione degli impianti motori navali. Il testo, redatto con differenti livelli di approfondimento dei vari argomenti, è adeguato sia per il conseguimento di una formazione tecnica di base che di tipo superiore, consentendo lacquisizione di competenze professionali agli allievi dei corsi di laurea in Ingegneria Navale e Ingegneria Meccanica. I vari capitoli sono tutti caratterizzati dalla consueta, grande chiarezza espositiva dellAutore, in linea con le precedenti edizioni, oltre che arricchiti da numerosi grafici ed illustrazioni particolarmente curate che rendono più agevole lapprendimento e lo studio dei contenuti. Mi è gradito far rilevare che lopera rappresenta il risultato della innata vocazione didattica del collega prof. Renato della Volpe, autore di altri testi universitari, tutti caratterizzati da un grande successo editoriale. Agli allievi ed ai tecnici del settore navale la raccomandazione di utilizzare al meglio il materiale didattico contenuto in questo libro, redatto con tanto impegno e passione, sicuro che esso costituisce un indispensabile elemento di aggiornamento professionale. Prof. Ing. Mariano Migliaccio Ordinario di Motori a Combustione Interna Università di Napoli ederico II

Napoli, 26 febbraio 2007




Prefazione

A distanza di poco più di quindici anni dalla pubblicazione, nel 1989, della prima edizione del testo Impianti Motori per la Propulsione Navale vede la luce, questanno, la terza edizione del libro citato curato, come le precedenti, dallEditore Liguori. Va detto, in via preliminare, che la seconda edizione, quella pubblicata cioè nel 2001, era piuttosto una ristampa, sia pur molto curata, delledizione del 1989 per cui è possibile concludere che solo in questa terza edizione si registrano mutamenti sostanziali nei confronti delle due precedenti che, si ribadisce, non presentavano, luna rispetto allaltra, variazioni di rilievo. Le differenze sostanziali consistono nellinserimento, in questa terza edizione, di alcuni nuovi capitoli relativi ad argomenti non trattati in quelle precedenti e nellaggiornamento di quasi tutti i capitoli, sulla base dellevoluzione che hanno subito, in questi ultimi quindici anni, gli impianti motori per la propulsione navale. Allo scopo di comprendere e di giustificare tale evoluzione è stato introdotto, tra i nuovi capitoli, quello che descrive i più diffusi tipi di navi destinate ai trasporti marittimi, il loro sviluppo e le differenti esigenze in relazione sia alla potenza propulsiva sia alla potenza richiesta per i servizi di bordo. Un intero, nuovo capitolo è stato dedicato esclusivamente alle portacontainers ed alle metaniere che per far fronte alle richieste del mercato, sempre crescenti, registrano, tra le differenti tipologie di navi, uno sviluppo assai rapido cui deve seguire un altrettanto rapido sviluppo degli impianti di propulsione. A tale proposito basti pensare, ad esempio, che oggi solcano i mari portacontainers con capacità di trasporto oltre i 10.000 TEU che per navigare alla velocità di 25÷26 nodi richiedono potenze installate, erogate da un unico motore, di poco inferiori ai 100 MW. Per quanto riguarda le metaniere , sempre più numerose a causa dellutilizzazione via via più diffusa del metano, ad esse viene oggi richiesta una grande flessibilità di esercizio in quanto impiegate anche su rotte brevi e diversificate, quali quelle createsi con lattuale mercato spot , e non solo su rotte prestabilite, lunghe migliaia di miglia, tra uno stesso impianto di liquefazione del metano ed uno stesso impianto di rigassificazione come accade, ad esempio, lungo la rotta Alaska  Giappone e viceversa.



XIV

Prefazione

Si è ritenuto poi opportuno dedicare un nuovo capitolo alla propulsione elettrica, sia con motore elettrico a bordo sia con motore elettrico immerso ( Azipod), stante la sua rapida e larga diffusione non solo sulle navi da crociera ma anche su altri tipi di navi caratterizzate da particolari esigenze quali, ad esempio, le elevate doti di manovrabilità. Un nuovo capitolo, infine, è stato destinato ai metodi utilizzati per contenere le emissioni inquinanti allo scarico dei motori diesel, con particolare riferimento agli NO x, oggi regolamentati dallAnnesso VI emanato dall IMO nellambito della convenzione MARPOL (MARine POLlution). Tra i capitoli aggiornati, un sensibile ampliamento ha interessato quello relativo alle turbine a gas che, praticamente scomparse nella marina mercantile nel corso degli anni 70, a causa essenzialmente del costo dei combustibili reso proibitivo dalla crisi energetica del 74, hanno ritrovato oggi, grazie al rapido sviluppo tecnologico peraltro ancora in atto, nuova e significativa utilizzazione non solo sul naviglio piccolo e veloce destinato al trasporto di passeggeri e di merci pregiate, ma anche su navi mercantili di grande tonnellaggio in impianti misti ( turbina a gas  motore diesel ) ed in impianti combinati (turbina a gas  turbina a vapore ). Il capitolo relativo ai motori diesel, stante la posizione di quasi monopolio raggiunta da tale tipo di impianto nella propulsione navale, è stato ampliato e ristrutturato con lintento di illustrare, tra laltro, levoluzione del motore diesel, in particolare nella versione a due tempi, dalle sue prime applicazioni nel settore del quale ci si occupa fino ai giorni nostri. La trattazione delle turbine a vapore risulta ovviamente più contenuta rispetto alle precedenti edizioni in relazione al loro attuale impiego estremamente limitato. Anche in questa edizione, trattando gli aspetti più innovativi degli impianti di propulsione, si è cercato costantemente di dare maggior risalto ai problemi di carattere generale comuni ad una stessa categoria di macchine senza dilungarsi nella descrizione di particolari costruttivi che, pur assolvendo ad ununica funzione comune, differiscono quasi sempre in relazione alla Casa che li produce. Il testo, quindi, può risultare di interesse sia per gli allievi degli Istituti Tecnici Nautici sia per gli allievi dei Corsi di Laurea in Ingegneria Navale ed in Ingegneria Meccanica nonché per i tecnici operanti nel settore marittimo anche in considerazione del fatto che larticolazione del testo e dei capitoli che lo costituiscono consente livelli di approfondimento differenti. Nel concludere questa breve premessa desidero innanzi tutto ricordare, a quanti Lo conobbero, il professore Ottavio Vocca che attraverso le Sue limpide lezioni di Macchine trasmise a me, giovane studente, la passione per questa affascinante disciplina e che mi volle, dopo la laurea, tra i Suoi assistenti presso lIstituto di Macchine della acoltà di Ingegneria di Napoli. Desidero poi accomunare in un affettuoso ringraziamento gli amici del Dipartimento di


Prefazione

XV

Ingegneria Meccanica per lEnergetica dellUniversità di Napoli che hanno accompagnato negli anni il mio lavoro, intrattenendosi a lungo con me in appassionate discussioni inerenti agli argomenti che via via andavo sviluppando. Un sentito, caloroso grazie va pure ai Signori Vincenzo Longobucco ed Antonio Tabacco entrambi del D.I.M.E. e collaboratori ultratrentennali, i quali anche in questa occasione hanno curato con grande professionalità ed impegno il dattiloscritto consegnato allEditore e tutti gli schemi ed i grafici presenti nel testo consentendo la stampa di questo volume nei tempi previsti. Napoli, 22/02/2007

Renato della Volpe





Capitolo I Tipologia degli impianti motori navali

I.1 - Generalità

Gli impianti motori destinati alla propulsione navale appartengono alla categoria degli impianti motori primi termici in quanto rendono disponibile allasse energia meccanica utilizzando energia chimica di combustibile. Essi comprendono gli impianti a vapore, le turbine a gas, i motori alternativi a combustione interna e ciascun tipo degli impianti citati ha trovato e trova oggi applicazione nella propulsione navale conquistandosi uno spazio variabile negli anni in relazione a fattori tecnici, politici ed economici i cui mutamenti a livello mondiale determinano laffermazione di una categoria di impianti piuttosto che di unaltra. A conferma si ricorda che negli anni 60 e 70 le turbine a vapore erano largamente utilizzate per la propulsione di navi mercantili e militari di grande tonnellaggio ed erano in concorrenza con il motore diesel per navi di tonnellaggio inferiore mentre la turbina a gas, che già registrava applicazioni significative nella marina militare, cominciava a proporsi quale impianto di propulsione anche nella marina mercantile. La prima crisi energetica del 1974, però, ed il contemporaneo sviluppo del motore diesel frenò decisamente lutilizzazione della turbina a vapore e lo sviluppo della turbina a gas entrambe penalizzate da valori del rendimento più bassi di quelli del motore diesel. Allo stato attuale si registra una larghissima diffusione del motore diesel che nelle versioni a due tempi e a quattro tempi è in grado di soddisfare qualsiasi richiesta del valore della potenza variabile da meno di 1.000 kW erogabili con un diesel a quattro tempi veloce fino ai 100 MW occorrenti per le più grandi e veloci portacontainers oggi in esercizio, erogabili da un diesel lento a due tempi. La turbina a vapore ha conservato tuttavia una sia pur ristretta nicchia di mercato relativa alla propulsione delle navi metaniere e delle portaerei di grandi dimensioni e viene pure utilizzata insieme alla turbina a gas negli impianti combinati turbina a vapore/turbina a gas, di recente applicazione in campo navale. La turbina a gas infine, che non ha mai ceduto terreno in campo militare, si sta diffondendo in questi ultimi anni anche nella marina mercantile, essenzialmente su traghetti veloci o cargo veloci, grazie

2 Impianti Motori per la Propulsione Navale

alle sue caratteristiche di elevata concentrazione della potenza in relazione sia al peso che al volume. I.2 - Rendimenti e consumi specifici

Prima di passare ad uno studio più dettagliato degli impianti motori in uso nella propulsione navale è opportuno richiamare brevemente il concetto di rendimento globale. Come è noto, il rendimento globale di un impianto motore termico è definito come il rapporto: η g =

P ma

 c H i m

dove, nel sistema SI, P ma rappresenta la potenza meccanica utile allasse espressa in kW, m la portata di combustibile in kg/s, H i il potere calorifico inferiore in kJ/kg1. È noto anche che tale rendimento può essere considerato come prodotto di quattro rendimenti parziali relativi ai vari aspetti in cui si può immaginare di scomporre il funzionamento dellimpianto. Per approfondire un po meglio il problema si deve premettere che in qualsiasi impianto motore termico vi è una fase di sviluppo del calore e sua adduzione al fluido (gas o vapore) che opera poi in maniera attiva nellimpianto. Tale fase nella grande maggioranza dei casi pratici è caratterizzata da una combustione che può essere interna o esterna al fluido operante ma che naturalmente non può mai essere completa, ed è affetta anche da altre perdite, di solito di entità piuttosto modeste, relative a dispersioni di calore verso lesterno. Si può dire perciò che non tutta la potenza termica m H i teoricamente disponibile viene effettivamente ricevuta dal fluido operante, ma solo unaliquota Q < m H per cui è possibile definire un rendimento di combustione o, più genericamente di sviluppo del calore e sua adduzione al fluido operante , dato da: c

c

e

c

i

ηb =

Q e

 c H i m

1

(1-1)

Si rammenta che è ancora molto usata lespressione: η g = 8$ P ma / m c H i ove &60 è lequivalente termico in kcal/kWh, m c la portata di combustibile in kp/h, H i il potere calorifico inferiore in kcal/kp. Estratto della pubblicazione


Tipolo gia de gli impianti motori navali

3

È noto poi che il fluido opera secondo un particolare ciclo termodinamico, diverso a seconda della categoria di impianto (di Rankine o di H irn per quelli a vapore, di Joule per le turbine a gas, Otto o diesel per i motori alternativi a combustione interna). Sullargomento sono adesso opportune alcune ulteriori precisazioni. In una ipotesi preliminare si può immaginare un comportamento ideale del fluido e della macchina, o meglio del complesso di macchine, motrici ed operatrici, e di altre apparecchiature che costituiscono come è noto un impianto motore. Ciò significa ritenere che il gas evolvente si comporti da gas perfetto a calori specifici costanti con la temperatura e perfetto sia anche il comportamento di tutto limpianto, il che vuol dire, ad esempio, che le pareti delle macchine dovrebbero essere perfettamente adiabatiche durante le fasi di compressione e di espansione e perfettamente permeabili al calore (diabatiche), invece, durante le fasi di scambio termico tra il fluido e lambiente o viceversa. Non è difficile rendersi conto quindi che un impianto del genere è troppo lontano da quello che può essere davvero realizzabile in pratica. Perciò, onde avvicinarsi maggiormente alle reali condizioni di funzionamento conviene fare un ulteriore passo osservando che fra le imperfezioni del fluido e dellimpianto esistono differenze assai notevoli. Infatti, mentre il comportamento ideale del fluido è una ipotesi mai realizzabile, in conseguenza delle sue naturali caratteristiche fisico-chimiche sulle quali non è possibile ovviamente influire in alcun modo (si pensi alla variabilità dei calori specifici con la temperatura ed alla variabilità della specie molecolare del fluido motore per effetto della combustione nei motori a c.i.), il comportamento ideale di un impianto motore può essere ammesso, almeno in via ipotetica, se si suppone che in esso al limite, si eliminino tutte le perdite. Queste non difficili considerazioni suggeriscono dunque di far riferimento ad un ciclo, denominato ciclo limite, relativo ad una macchina perfetta in cui evolva però un fluido questa volta reale2. Indicando con P l la potenza utilmente ricavabile da tale ciclo, si può quindi definire un rendimento limite dato da: ηl =

P l

 Q e

2

(1-2)

Di tutte le proprietà del fluido reale non si tiene conto della viscosità il che comporta, nel ciclo limite, che le fasi di compressione ed espansione adiabatiche sono anche isoentropiche. Ciò perché gli effetti della viscosità sono fortemente influenzati dal disegno e dalle dimensioni delle macchine e delle varie parti dellimpianto; tali effetti risultano nulli quando le macchine, come nel ciclo limite, vengono supposte ideali. Estratto della pubblicazione


4 Impianti Motori per la Propulsione Navale

ove Q è la già definita potenza termica effettivamente ricevuta dal fluido operante. Alla luce di queste precisazioni si può subito osservare, ad esempio, che i cicli di Rankine e di H irn degli impianti a vapore risultano ad una analisi più approfondita dei cicli limite, poiché relativi ad un fluido reale (quale è senza dubbio il vapore) supposto operante in una macchina perfetta e dunque con compressione ed espansione adiabatiche e anche isoentropiche. Un ulteriore passo per avvicinarsi alleffettivo funzionamento dellimpianto motore si può fare considerando poi il fluido reale agente in un impianto non più al limite della perfezione, ma anchesso reale ed affetto quindi da una serie di perdite inevitabili nel pratico funzionamento. In conseguenza di tali perdite la potenza P r realmente trasferibile dal fluido agli organi mobili della macchina sarà certamente minore di quella P l relativa allipotesi precedente di ciclo limite e quindi di impianto perfetto. Se si suppone che la potenza termica ricevuta dal fluido effettivamente sia ancora Q , il rapporto: e

e

ηi =

P r

(1-3)

P l

definisce un cosiddetto rendimento interno (o a volte anche specifico) che comprende tutte le perdite relative al funzionamento reale e rappresenta un indice del grado di perfezione o di bontà dellimpianto motore. Il prodotto: ηtr = ηl ⋅ ηi =

P l Pr ⋅

 P Q l e

=

P r

 Q e

(1-4)

fornisce il rendimento termico reale, dato cioè dal rapporto tra la potenza realmente trasferita agli organi mobili della macchina e la potenza termica ricevuta dal fluido agente. Infine, a causa degli inevitabili attriti che si generano fra tutti gli organi dotati di moto relativo e degli inevitabili ausiliari (pompe, ventole, ecc.) necessari al funzionamento e direttamente azionati dallalbero motore, non tutta la potenza P r si ritrova in potenza meccanica P ma sullalbero stesso. È possibile perciò definire anche un rendimento meccanico dato da: ηm =

P ma P r


(1-5)

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