Rapporto Stechiometrico Su Motore Sovralimentato

[A320 Pilot]

salve a tutti, ho un dubbio, su un normale motore a pistoni sovralimentato, all'aumentare della quota la potenza del motore rimarrà invariata fino alla quota di ristabilimento dove poi il compressore anche girando alla massima velocità non riuscirà a comprimere l'aria in modo tale da mantenere il rendimento volumtrico costante, ma quindi la potenza costante all'aumentare della quota significa che il rendimento volumetrico all'interno del cilindro è costante, ma quindi nei motori sovralimentati bisogna correggere il titolo agendo sulla miscela ???

[Rk-sky]

Penso che dato che la pressione dell'aria all'interno dei cilindri è costante tu debba smagrire solo dalla quota di ristabilimento in poi
quando sei alla quota di ristabilimento è come se fossi con un motore non turboconpresso al livello del mare

[Achille]

Scusa se lo chiedo, ma sovralimenti con compressore volumetrico o turbocompresso?

Teoricamente introduci un compressore per avere una pressione all'aspirazione costante al variare della quota, poi sono c...i del compressore (nel senso che spetta a lui garantire un rapporto di compressione adeguato in modo da avere p_aspirazione costante). Quindi credo si agisca sul rapporto di compressione del compressore.
Il rendimento volumetrico dovrebbe essere costante (se è vero che c'è una p_aspirazione costante).

Anche se è un po' OT hai fatto molto male a scrivere, perchè dopodomani ho l'esame di "Propulsione Aerospaziale" e un po' mi hai messo in crisi.

[A320 Pilot]

oops...

[A320 Pilot]

oltre alla domanda sopra richiesta che mi assale, mi piacerebbe sapere anche cosa fosse la "backpressure"....

e poi come detto sopra il compressore per inviarci l'aria nei cilindri alla stessa pressione con l'aumentare della quota ha bisogno che aumenti il numero di giri in modo che esso tratti più aria...ma quindi se il compressore è mosso dalla turbina vuol dire che anche la turbina deve girare a giri maggiori, e come fa a girare a giri maggiori se la nostra energia termica è costante (a causa del rendmento volumetrico costante) ??

[Achille]

Sei fissato con il rendimento volumentrico eh?!?

Se stai parlando di un turbocompressore accoppiato ad una turbina allora basta cambiare il punto di funzionamento. Al decollo essendoci una densita/pressione (e tutto quel che ci deve essere) maggiore rispetto alle condizioni in quota, solitamente si parte con il motore "strozzato". Successivamente aumentando la quota cala quello che deve calare e il motore viene fatto lavorare nelle condizioni ottimali/di progetto. In ogni caso mi viene da pensare che la turbina non fornisca sempre la massima potenza perchè sei in quota alla velocità di crociera e non in decollo (quindi ti serve una potenza inferiore). So che su alcune automobili di una nota casa costruttrice tedesca (e magari anche su altre auto di altre casa costruttrici di altre nazionalità) viene messa una valvola chiamata "di wastegate". Ad intuito su un motore aeronautico questa valvola potrebbe venir usata per regolare la potenza erogata dalla turbina (e di conseguenza la potenza fornita al compressore). Tutto ciò per dire che un compressore accoppiato ad una turbina può essere regolato opportunamente (ovviamente entro i limiti) per fornire un determinato rapporto di compressione e/o portata di fluido elaborato.

Spero di non aver scritto m....iate!

[A320 Pilot]

si sono ostinato sul rendimento volumetrico perchè è il rendimento volumetrico che determina la potenza erogata dal motore.quello che hai scritto sarà giusto ma non è quello che voglio sapere io , ad esempio, considerando il motore turbocompresso all'aumentare della quota la densità dell'aria cala , e quindi il compressore per spararci aria alla stessa pressione con l'aumentare della quota deve girare a giri più elevati in modo tale che tratta maggior aria e cosi otteniamo la stessa densità all'interno dei cilindri.il compressore essendo mosso coassialmente dalla turbina vuol dire che anche la turbina deve girare più velocemente, però c'è da dire che i giri della turbina dipendono dall' energia termica che possiedono i gas di scarico, ma se il rendimento volumetrico è costante vuol dire che l'energia termica dei gas di scarico è costante, ma quindi come fa a girare più velocemente la turbina avendo un energia termica che non aumenta ??????
come lo spieghiamo sto fatto ?????

grazie

[Beorn]

si sono ostinato sul rendimento volumetrico perchè è il rendimento volumetrico che determina la potenza erogata dal motore.quello che hai scritto sarà giusto ma non è quello che voglio sapere io , ad esempio, considerando il motore turbocompresso all'aumentare della quota la densità dell'aria cala , e quindi il compressore per spararci aria alla stessa pressione con l'aumentare della quota deve girare a giri più elevati in modo tale che tratta maggior aria e cosi otteniamo la stessa densità all'interno dei cilindri.il compressore essendo mosso coassialmente dalla turbina vuol dire che anche la turbina deve girare più velocemente, però c'è da dire che i giri della turbina dipendono dall' energia termica che possiedono i gas di scarico, ma se il rendimento volumetrico è costante vuol dire che l'energia termica dei gas di scarico è costante, ma quindi come fa a girare più velocemente la turbina avendo un energia termica che non aumenta ??????
come lo spieghiamo sto fatto ?????

grazie

Prova a ragionare in termini di pressione di sovralimentazione.

Il rendimento volumetrico è costante se la pressione di sovralimentazione è costante. Questa prescinde dai giri della turbina: i giri della turbina dipendono da quanti gas di scarico la investono e da quanti ne vengono dirottati a valle dalla valvola wastegate.

Nei motori automobilistici, la pressione dell'aria in ingresso nel cilindro, a regime, non dipende dai giri della turbina, ma dal limite posto alla pressione di sovralimentazione. Il turbocompressore ha un ampio margine di portata, anche se è ottimizzato per un ristretto arco di utilizzo, in termini di giri/min.
Il controllo della pressione di sovralimentazione avviene tramite la cosiddetta valvola wastegate, che ha il compito di dirottare a valle della turbina parte dei gas di scarico quando la pressione di sovralimentazione eccede un valore prestabilito.
Senza la wastegate, il funzionamento sarebbe a feedback positivo: aumento la pressione, aumentano i gas di scarico, aumentano i giri della turbina, aumenta la pressione.... La wastegate permette un feedback negativo: aumento la pressione, aumentano i gas di scarico, parte di essi salta la turbina per via dell'apertura della wastegate, calano i giri della turbina, cala la pressione (in realtà non aumenta oltre il valore di taratura o di intervento dellECU).

Se diminuisce la densità dell'aria in ingresso alla turbina, visto che ho un ampio margine di portata della stessa, mi basta aumentarne i giri della stessa mandando più gas di scarico, per compensare.

La valvola Pop-Off invece sfiata direttamente l'aria in pressione dal cassonetto di aspirazione.

La backpressure dovrebbe essere la contropressione, ovvero la resistenza incontrata dai gas di scarico appunto sullo scarico, dovuta alla presenza della turbina, che ne frena l'espulsione.

Immagino che in un motore con certificazione aeronautica non sia molto diverso.

[Achille]

Ecco, quello che dicevo io! Solo spiegato meglio.

[A320 Pilot]

ah ok, quindi per aumentare i giri della turbina all'aumenatre della quota basta che mandiamo una quantità di gas di scarico maggiore chiudendo sempre di più la waste gate ???? ma questo avviene in modo automatico o manuale ??? la watse gate non è mica comandata dalla manetta ??
grazie

[Achille]

Avviene tutto in modo automatico. La centralina riceve l'input della manetta (ossia vede se la manetta è al massimo, a metà o tutta chiusa) e successivamente attraverso la mappatura sua interna calcola la posizione della wastegate in modo da avere na potenza necessaria per far funzionare il compressore. Quindi rispondendo alla tua domanda no la wastegate non è controllata direttamente dalla manetta ma indirettamente attraverso la centralina.

[Beorn]

La wastegate è una valvola di sicurezza: non si apre finché la pressione di sovralimentazione non supera il valore massimo stabilito.

[A320 Pilot]

ok capito, ma se io tengo un certo settaggio di manetta costante all'aumentare della quota la centralina che controlla la wastegate farà in modo da chiudere sempre di più la wastegate in modo tale da ottenere un afflusso maggiore in turbina e quindi un rendimento volumetrico costante con lo stesso settaggio potenza ???

[JT8D]

Nei motori automobilistici la wastegate non si usa più, perchè i moderni turbocompressori a geometria variabile ne possono fare a meno. E su questi la posizione delle alette statoriche della turbina è comandata dall'ECU del motore.

Nei motori aeronautici, che sono più datati per la grande maggioranza, la wastegate c'è ancora. Essa serve, come detto, per regolare l'azione del compressore, ed evitare che si vada in overvboosting specialmente a terra al decollo.
Sui motori classici (Continental o Lycoming) esistono tre tipi di waste gate: waste gate fissa, waste gate collegata meccanicamente alla manetta del gas, waste gate controllata automaticamente.
Quindi su molti velivoli la wastegate è meccanicamente collegata alla manetta e alla farfalla.

Paolo

[A320 Pilot]

ok ma il motivo per la quale a terra ci sono possibilità di entrare in overboosting è perchè la densità dell'aria è già alta e quindi se venisse ulteriormente compressa sarà presente una pressine di alimentzione troppo elevata ???

e poi su un turbocompresso il settaggio della MAP sul manometro sarà diverso in base al tipo di wastegate ??
mi spiego , se è automatica la wastegate, il motore riuscirà a mantenere la map al valore settato fino alla quota di ristabilimento no ??? perchè la wastegate all'aumentare della quota si chiude sempre più in modo da mantenre la pressione di alimentazione costante......, invece se il movimento è meccanico la map si abbassa e noi con la manetta dobbiamo compensare la diminuzione con un aumento ?????

e poi mi confermate che all'aumentare della quota il motore per mantenere un rendimento volumetrico costante ha bisogno che la wastegate si chiuda sempre di più in modo che il compressore girando sempre di più riesca a fornire una compressione dell'aria costante ?????

grazie

[JT8D]

L'overboosting è il superamento della pressione massima di alimentazione. E' per questo che ad esempio al livello del mare o a quote basse il lavoro del compressore deve essere ridotto, altrimenti si può arrivare ad alimentare il motore con una pressione di alimentazione troppo elevata, con rischio di danni anche gravi. I costruttori ammettono un overboosting di pochi secondi, altrimenti se la cosa perdura impongono l'ispezione o addirittura la revisione del motore.
La waste gate (che in pratica è una valvola che bypassa il flusso di gas di scarico non facendolo passare sulla turbina del turbocompressore)serve proprio ad evitare l'overboosting e a modulare l'azione del compressore. Man mano che si sale si chiude, sempre più gas di scarico possono passare per la turbina, fino ad avere tutto il flusso sulla turbina quando serve il massimo lavoro da parte del compressore. Dopo la quota di ristabilimento come sappiamo la potenza del motore inizia a diminuire anche con il compressore in pieno lavoro.

Paolo

[davymax]

Se non ricordo male, sul PA28 Turbo Arrow IV, motore Continental da 200 Cv, c'era una Wastegate fissa, e ricordo appunto che in decollo bisognava stare attenti al settaggio della potenza per evitare l'overboost poichè, essendo appunto fissa la wastegate, anche al livello del mare il compressore entrava in funzione. E se non ricordo male la quota di ristabilimento era 12000 ft.

[A320 Pilot]

L'overboosting è il superamento della pressione massima di alimentazione. E' per questo che ad esempio al livello del mare o a quote basse il lavoro del compressore deve essere ridotto, altrimenti si può arrivare ad alimentare il motore con una pressione di alimentazione troppo elevata, con rischio di danni anche gravi. I costruttori ammettono un overboosting di pochi secondi, altrimenti se la cosa perdura impongono l'ispezione o addirittura la revisione del motore.
La waste gate (che in pratica è una valvola che bypassa il flusso di gas di scarico non facendolo passare sulla turbina del turbocompressore)serve proprio ad evitare l'overboosting e a modulare l'azione del compressore. Man mano che si sale si chiude, sempre più gas di scarico possono passare per la turbina, fino ad avere tutto il flusso sulla turbina quando serve il massimo lavoro da parte del compressore. Dopo la quota di ristabilimento come sappiamo la potenza del motore inizia a diminuire anche con il compressore in pieno lavoro.

Paolo

ok perfetto ottima spiegazione, sapendo che ci sono tre tipi di wastegate , il manometro della MAP come si comporterà per ognuna di essi ??? ad esempio, considerando la wastegate automatica essendo automatica al''aumentare della quota si chiude sempre più in modo tale da inviare più aria alla turbina facendola girare più velocemente, quindi il compressore girando più veloce comprime più aria quindi all'aumentare della quota ci invia ai cilindri la stessa quantità d'aria.....essendo automatica vuol dire che si chiuderà sempre di più in modo tale da mantenere il settaggio MAP settato ?????

[JT8D]

Se non ricordo male, sul PA28 Turbo Arrow IV, motore Continental da 200 Cv, c'era una Wastegate fissa, e ricordo appunto che in decollo bisognava stare attenti al settaggio della potenza per evitare l'overboost poichè, essendo appunto fissa la wastegate, anche al livello del mare il compressore entrava in funzione. E se non ricordo male la quota di ristabilimento era 12000 ft.

Esatto. La waste gate fissa è in pratica un foro opportunamente calibrato che lascia uscire un data quantità di gas di scarico, e quindi il compressore è sempre in funzione. Il pilota quindi deve sempre fare attenzione a non avanzare troppo la manetta e a non superare il valore massimo di MAP permesso, in decollo e comunque sotto la quota di ristabilimento.
Anche con la wastegate collegata meccanicamente alla manetta il pilota non può dare tutta manetta a livello del mare e deve stare attento a non superare il limite.
Con la wastegate a controllo automatico, il sistema controlla automaticamente la wastegate per mantenere il valore di MAP settato. E' chiaramente il sistema di più facile utilizzo.

Paolo

[A320 Pilot]

ok grazie mille, quindi con wastegate meccanica e fissa se manteniamo lo stesso settaggio manetta all'aumentare della quota la MAP diminuisce ,,giusto ????? e poi il compressore è posto prima o dopo della valvola a farfalla ???

[JT8D]

Il compressore è posto prima della farfalla.
Con i sistemi a wastegate fissa o meccanicamente collegata alla manetta, come abbiamo detto il pilota deve stare attento a non superare i limiti e quindi non potrà avanzare la manetta completamente a quote basse, pena l'andare in overboosting.
Con questi sistemi, per mantenere la MAP costante al variare di quota, temperatura, velocità, il pilota dovrà agire continuamente sulla manetta.

Paolo

[A320 Pilot]

perfetto tutto chiarissimo grazie mille !!