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unleaded...

Tentativi di b/w

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unleaded inviata il 12 Marzo 2023 ore 17:55 da Fabio F77. 41 commenti, 975 visite. [retina]

1/320 f/8.0, ISO 200, mano libera.

briggs & stratton 5.5 HP gasoline engine - rollei planar 50 1.8 su oly - un saluto a tutti - qualche calcolo energetico: utilizzando l'espressione del rendimento globale in forma diretta si può calcolare la massa di combustibile necessaria per la potenza di 5.5 HP che corrispondono a 4148.65 W. Posto infatti un rendimento pari a 0.3 ed un potere calorifico della benzina di 10500 Kcal/Kg si ottiene la potenza termica necessaria alla fonte e quindi la portata di combustibile che alimenta il motore pari a: 0.318 g/s (grammi secondo). Ora è possibile ottenere, stimando la percentuale di carbonio nel combustibile pari all'84% in peso, la massa di CO2 emessa allo scarico per unità di tempo: infatti l'ossidazione completa (ideale con rendimento di combustione unitario) produce 44/12= 3.67 Kg di CO2 per Kg di C (C+O2 = CO2 -> 12 + 32 = 44). Dunque 3.67x0.84x0.318 = 0.98 g/s di CO2. Un'ora di funzionamento di questa macchina alla potenza di 5.5 HP@2600RPM genera 0.98x3600= 3.528 Kg di CO2. ------------------------------------------------------ E se fosse un motore elettrico a generare la stessa potenza prelevandola dalla rete? Introducendo il rendimento elettrico del motore e quello di distribuzione dell'energia nella rete e una quota parte pari al 25% di energia da rinnovabile si ottiene che occorre prelevare: 4148.65/0.9 = 4609.6 x 0.75 = 3457.2 W (non rinnovabili), Ora supponiamo che a generare tale energia sia un gruppo termoelettrico a ciclo vapore subcritico con doppio surriscaldamento da 300MW nominali, alimentato ad olio combustibile (85% in peso di C); Posto il potere calorifico pari a 9500 Kcal/Kg si calcola una portata specifica di combustibile pari a 16.67 Kg/Kg di vapore circolante, che corrispondono a 65620 Kg/h. Cioè 18.23 Kg/s. Tralasciando il calcolo dei salti entalpici del vapore, tutto ciò corrisponde ad una potenza termica di 723MW e a ad un rendimento del ciclo di 0.4. Ora come fatto in precedenza si può calcolare la portata di CO2 prodotta pari a: 18.23x0.85x3.67=56.86 Kg/s. La frazione di potenza del motore rispetto a quella prodotta è pari a 3457,2 W / 300 MW = 1.15 e-5 che comporta una quota di emissione di CO2 di 56.87e3 x 1.15e-5 = 0.65 g/s, quindi in un'ora di funzionamento di 2.34 Kg di CO2. ---------------------------------------------------------------- totalmente rinnovabile da solare fotovoltaico. Occorre fornire istantaneamente una potenza elettrica di 4609.6 W in elettrico (pari a 5.5HP). L'irradiamento medio annuale per superficie captante correttamente disposta zona Roma è di 1740 KWh / mq all'anno. Introducendo il rendimento di trasformazione del pannello e dei dispositivi inverter connessi alla rete si ottiene che l'energia derivabile come valore medio giornaliero (ottimistico) è 0.476 KWh / mq al giorno, che corrisponde a una potenza istantanea di 0.0198 KW / mq. Ne deriva una superficie da installare pari a S = 4609.6 e-3 / 0.0198 = 232 mq //////////////// Il calcolo pur non troppo rigoroso evidenzia il concetto di densità di energia e cioè come una massa di soli 0.318 grammi di combustibile si traducano in 230mq di solare equivalente. //////////// Da ultimo una nota per gli amanti delle macchine volumetriche. Nei motori 2 tempi la 'cilindrata' ha un significato diverso da quello dei motori 4 tempi; infatti mentre nei 4T essa corrisponde al volume delimitato dallo stantuffo nella camera di combustione nella corsa dal PMI al PMS (punti morti superiore ed inferiore), nei 2T occorre tener conto della presenza delle 'luci' di carico e scarico che "sottraggono" volume. Ad es. nel motore in questione è dato il 'displacement' come V = 190 cc. Avendo calcolato la massa di combustibile nell'unità di tempo pari a 0.318 g e nota la velocità in RPM 2600 si calcola che in un secondo il motore compie 43 rotazioni che corrispondono ad una massa di combustibile di 0.00739 g ad ogni giro di manovella. Poiché l'aria in peso è al 23% azoto e al 77% ossigeno si ottiene una massa molecolare di: 31.07 Kg / Kmol. (Kg per chillomole) da cui il volume specifico a condizioni normali (T= 0 C e p= 1 atm) pari a 0.721 Nmc / Kg, densità a CN di 1.38 Kg/Nmc. Utilizzando la legge dei gas perfetti ne deriva una densità a condizioni standard (T=25 C e p=1 atm) di 1.26 Kg/mc. In un volume di 190 cc entrano quindi 0.239 g di aria aspirata miscelata a combustibile. Il dato permette di calcolare il rapporto aria combustibile come: 0.239 / 0.00739 = 32.39. Tale dato lascia supporre un volume sottratto dalle luci alla camera di combustione (190cc) pari a poco più della metà del dichiarato, da cui ne risulterebbe un naturale e più logico rapporto aria/combustibile intorno allo stechiometrico.



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avatarsupporter
inviato il 06 Aprile 2023 ore 14:25

Ah, ma allora questa è quasi una sfida....
Bravo Fabio, bravissimo; ho letto con passione tutto quanto ed ho preso un po' di tempo per qualche verifica (sono peggio di San Tommaso).
Tutto molto bene, a mio parere. Solo un poco di ottimismo nel calcolo finale un po' troppo teorico (ma lì non hai sbagliato nulla) riguardo alla comparazione fra 4T e 2T. Ci sarebbero molte variabili, in termini motoristici da aggiungere, quali la fasatura e l'incrocio d'anticipo sulle valvole che non consentono un riempimento perfetto. Giusto per citare, alla fine degli anni '70 la potenza specifica di un motore di F1 arrivava ad approssimare un valore di 165 / 170 HP/litro a circa 13.500 r.p.m. (Ferrari). Vent'anni più tardi con "accordatura" sulle onde di risonanza si sono superati i 310 HP/litro a 19.000 r.p.m. (BMW). In vero un precedente storico ci sarebbe, quello di Honda sulla moto da GP di 50cc, 4T 2 cilindri. Sul 2T poi, la fasatura dipende dal rapporto dimensionale delle luci (larghezza x altezza), se si vuole privilegiare la potenza o se si vuole privilegiare la coppia (tipo nelle vecchie moto da "trial"). La differenza di cilindrata utile fra 2T e 4T sarebbe, a mio parere, un poco più penalizzante per il 4T perché l'aspirazione...... Meglio lasciare qui, altrimenti scriviamo un trattato di motoristica.
In attinenza alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili.... Ho progettato centrali di produzione elettrica con cippato di legno; energia entrante 50 MW per produzione di vapore surriscaldato fino a 114 bar e 520 °C allora premiate con certificati verdi etc. Dico solo che il rendimento effettivo, al netto degli autoconsumi (circa 1,9 Mw) si attestava al 21,6% e... tutto il resto finiva in calore scarsamente recuperabile, ovvero in quel delta entropico che ci manderà arrosto a breve. Ho progettato centrali di produzione elettrica utilizzando motori endotermici a ciclo diesel alimentate da olio vegetale (65 MW entranti) alle quali aggiunsi un particolare recupero, oltre alla turbina a vapore dai gas di scarico (22 bar erano il migliore compromesso fra qualità e quantità) un sistema di recupero per sfruttamento dei bassi valori entalpici disponibili con turbina bistadio con vettore primario avente una "campana entalpica" non simmetrica come nel 718......
Basta, per carità. Sei bravissimo, mi sarebbe piaciuto condividere la progettazione di qualche "disastro" con te... ma ormai faccio... (parola orribile) il pensionato.
Un caro saluto.
Paolo

avatarsupporter
inviato il 06 Aprile 2023 ore 14:39

paolo, ... quanta roba!

avatarsenior
inviato il 06 Aprile 2023 ore 16:27

Paolo è sempre un piacere leggere le tue note che ho copiato e incollato nel mio personale "quaderno appunti". Ti ringrazio per le precisazioni che trovo davvero tutte molto interessanti.

grazie molte Paolo !

A beneficio di Simone che ha seguito il tuo bellissimo intervento posso aggiungere una ulteriore piccola nota formale:

l'espressione del rendimento in forma diretta opportunamente sviluppata consente di ottenere una formula teorica della potenza di un motore. Posto il rendimento come rapporto tra la potenza sviluppata e la potenza termica messa a disposizione: ng = P / M H (M la portata di combustibile e H il potere calorifico del combustibile)

indicato il rapporto massa aria - massa combustibile come a = ma / mc, possiamo introdurre il coefficiente di riempimento come rapporto tra aria aspirata e quella teoricamente aspirabile. lv = ma / (ro V) (ro è la densità dell'aria e V il volume della CC). In CC entra meno aria di quella teorica per i concetti richiamati da Paolo e per effetto delle 'perdite di carico'.

Si ricava ricordando anche che il motore compie n rotazioni al minuto e che la portata è la massa nell'unità di tempo:

P = ng ro V (lv/a) H n /(60 e)

ng rendimento globale
ro denistà dell'aria
V cilindrata (volume in CC opportunamente modificato)
lv coefficiente di riempimento
H potere calorifico
n rotazioni al minuto

tutto formalmente per introdurre il concetto di coefficiente di riempimento (nei motori aspirati è chiaramente <1), quello di modulazione della potenza o di 'regolazione'. Infatti posto che la potenza chiaramente dipende dalla cilindrata V, dalla tipologia di combustibile attraverso H, attestato che:

nei 2T il motore produce potenza ad ogni giro di manovella - e=1 (ciclo di 'lavaggio')
nei 4T il motore produce potenza ogni 2 giri di manovella - e=2 (ciclo di pompaggio - la macchina diventa operatrice per 1 giro)

se aspiri più aria puoi bruciare più combustibile e allora perché non sovra-alimentare? (conviene anche l'inter refrigerazione...intercooler)

Nei cicli ad accensione comandata (benzina) la modulazione è per "quantità", cioè si strozza l'aspirazione con la valvola a farfalla diminuendo il lv, mantenendo sempre circa costante a (il rapporto in massa aria combustibile)

Nei cicli ad accensione spontanea (diesel) la regolazione è per "qualità" non c'è la valvola a farfalla e si modula la quantità di combustibile che entra in CC - aspira sempre la medesima quantità di aria (circa perché occorre considerare le perdite di carico e cioè la velocità dell'aria nei condotti....)

Altre considerazione ambientali a parte (vedi ciclo di lavaggio richiamato da Paolo), un vantaggio del 2T sul 4T è che, a 'partità' di cilindrata, produrrebbe una potenza doppia.

avatarsupporter
inviato il 06 Aprile 2023 ore 16:31

Eeeek!!!

avatarsenior
inviato il 06 Aprile 2023 ore 16:36

dimenticavo....più giri alto più potenza teoricamente produci....ma più velocemente si muove l'aria nei condotti....(altri problemi)...insomma sono macchine a mio parere in cui occorre davvero tanta maestria per estrarne il meglio....e comunque nei MCI sono una schiappa....potrei aver sbagliato qualche passaggio...per domande serie rivolgetevi a Paolo:-P

avatarsupporter
inviato il 06 Aprile 2023 ore 18:35

Esagerato !
Grande ingegnere, sei bravissimo, è un piacere leggerti (sempre) ma questi argomenti mi attirano come una mosca sulla marmellata.
Ancora tanti complimenti, Fabio.

avatarsenior
inviato il 21 Aprile 2023 ore 21:37

Lavorone.

Una unica nota: il potere è calorifico e non calorifero.
Se non sbaglio si usa il valore di quello inferiore.

it.m.wikipedia.org/wiki/Potere_calorifico






avatarsenior
inviato il 21 Aprile 2023 ore 21:48

E si grazie non mi ero accorto della correzione del telefono....
Naturalmente è quello inferiore.
Hs - Hi = r x M(H2O)
Occorre ricordare che se il combustibile contiene zolfo le reazioni portano alla formazione di una miscela che condensa nei mci originando un fenoneno di corrosione a bassa temperatura.
S + O2 -> SO2
SO2 + 1/2 O2 -> SO3
SO3 + H2O -> H2SO4

avatarsenior
inviato il 22 Aprile 2023 ore 0:26

Bisognerebbe tener conto anche del rapporto stecchiometrico perchè se ad esempio entra poco ossigeno il carbonio non si lega e quindi viene sputato fuori senza trasformarsi (termine improprio) in CO2 e/o CO.

avatarsenior
inviato il 22 Aprile 2023 ore 8:22

Grazie Old_pentax, prima di tutto per la tua attenzione e poi per le tue osservazioni che mi fanno molto piacere.

Per chi pazientemente leggesse anche i commenti aggiungo a quanto accennato che nei 2T il processo di espulsione, affidato al ciclo di lavaggio , nel caso reale è intermedio tra due ipotesi limite. La perfetta espulsione in cui la nuova 'carica' spinge all'esterno i gas senza mescolarsi ad essi, come fosse uno stantuffo fluido, e la perfetta miscelazione in cui la nuova 'carica' si mescola con i gas da espellere ed in parte esce con essi, senza subire processo di combustione. Tutto ciò determina un rendimento di lavaggio e la definizione del coefficiente di lavaggio che, anche ad intuito, permette di definire la quantità di 'carica' da inviare per ottenere una buona espulsione dei gas combusti dalla CC. Tale coefficiente di lavaggio sempre >1 dipende dalla disposizione delle luci e dalla direzione di ingresso ed uscita dei fluidi.

Per quanto riguarda il processo di combustione mi hai fatto venire in mente, sempre che io trovi il modo di allegarlo ad una immagine, un altro piccolo calcolo. Per il momento basterà dire che il carbonio ha un primo stadio di ossidazione C + 1/2 O2 -> CO che sviluppa (vado a memoria quindi devo verificare) 2350 Kcal/Kg e quindi rispetto agli 8050 Kcal/Kg della combustione completa comporta una perdita energetica rilevante. La quantità di CO dipende sia dell'eccesso di aria (ma nei MCI ad accensione comandata siamo nello stechiometrico quindi non c'è aria in più) sia da quanto è ridotto in minuscole goccioline (più sono piccole più è vantaggioso il rapporto superficie/volume) il combustibile.
Viene da se che la lettura dell'O2 nei gas di scarico è una spia di una combustione non completa.....Proseguendo si potrebbe sommare alla perdita per 'imperfetta combustione' quella per 'calore sensibile'...., e così tutte le quantità che costituiscono la "perdita di rendimento"; ovviamente tutto si riconduce al trasformare la forma diretta del rendimento in quella indiretta, piccolo calcolo che per non tediare oltre lascio da parteSorriso.

avatarsenior
inviato il 22 Aprile 2023 ore 10:06

Il calcolo della massa di comburente utilizzato ti permette di conoscere la quantità di ossigeno in entrata e quindi quello che potenzialmente si lega al C del combustibile. Di conseguenza hai la verifica del calcolo che hai fatto tu.
Anche perché la massa di comburente per il processo è sempre quella ma in termini di volume cambia molto a causa della densità dell'aria.
Ad esempio:
se sali di quota l'aria è più rarefatta e la pressione atmosferica si riduce
Idem se la temperatura dell'aria è maggiore
Per esempio l'umidità relativa e anche la densità dell'aria di notte è maggiore rispetto al giorno perché la temperatura è inferiore.
Se ho tempo ti allego i grafici di temperatura ambiente e umidità relativa dove vedrai che i due parametri sono inversamente proporzionali in modo quasi perfetto.

www.ellabitalynews.it/2018/04/umidita-assoluta-e-relativa/

Tant'è che i motori a combutione interna con l'aumentare della quota diminuiscono di potenza.
La cosa migliora un pochino con il compressore volumetrico di cui erano dotati gli aerei della seconda guerra mondiale.

it.m.wikipedia.org/wiki/Westland_Whirlwind

Anche in quel caso oltre ad una certa quota il motore perdeva potenza.
Comunque uno Spitfire superò una quota di tangenza di m 15.000.

Se cerchi sia sui libri di ingegneria che su internet trovo le tabelle prefatte con le perdite di potenza in funzione della quota.

In sostanza: tagliare un prato sul Machu Picchu è un'impresa ardua.

Sorriso





avatarsenior
inviato il 22 Aprile 2023 ore 10:50

allega tutto ciò che vuoi, è sempre utile.
Machu Picchu è un'impresa ardua

MrGreen
infatti, ed è interessante che la formula della potenza riporti in modo elegantemente sintetico ciò che hai descritto in modo più comprensibile. Ed è il motivo per il quale l'ho richiamata, perché da una semplice formula nascono decine di approfondimenti.


avatarsenior
inviato il 22 Aprile 2023 ore 11:15

Ecco il grafico della temperatura, umidità relativa e pressione atmosferica relativo all'ultima settimana.

P.S. forse varrebbe la pena aprire una discussione sull'argomento. Del resto si continua a parlare di emissione CO2, di motori elettrici Vs. endotermici ma buona parte di coloro che ne parlano lo fanno solo per sentito dire senza avere la minima conoscenza dell'argomento.
Quando guardo i listini delle automobili con i relativi dati di consumi e emissioni di CO2 pubblicati sulle riviste rimango sempre perplesso dal fatto che le auto elettriche vengono indicate a emissioni CO2 uguale a zero.
Oltretutto bisognerebbe indicare i parametri COx e NOx che sono più significativi anche perchè il comburente contiene N per oltre il 78%.








avatarsenior
inviato il 22 Aprile 2023 ore 11:30

grazie mille Old_Pentax. Davvero gentilissimo.

forse varrebbe la pena aprire una discussione sull'argomento

non ne ho il coraggio....MrGreen non vorrei essere anche qui subito etichettato come il solito....Ne parlo solo con l'amico Paolo....Sorriso Mi sembra che certi argomenti non siano graditi, meglio rimanere in clandestinità

sulle riviste rimango sempre perplesso dal fatto che le auto elettriche vengono indicate a emissioni CO2 uguale a zero.

E' un errore grave, ma sappiamo che la verità non è mai popolare.

Anzi per fortuna i 'calcoli proibiti' fatti sopra non hanno ancora attirato l'attenzione altrimenti credo che avrebbero chiuso lo spazio commenti.

I diagrammi sono molto interessanti. Chi prendesse sottomano un diagramma dell'aria umida (psicrometrico) noterà l'andamento delle curve ad umidità relativa costante ed il legame con l'umidità specifica. Una definita come rapporto tra pressioni parziali, l'altra come rapporto di masse. Ad umidità specifica costante se la temperatura della massa d'aria diminuisce, aumenta l'umidità relativa, proprio come indicato nel grafico postato da Old_pentax


user236140
avatar
inviato il 06 Aprile 2024 ore 22:09

ahem, roba troppo complessa per me
ma mi fido di quello che dite MrGreen

e pensare che da ragazzo volevo fare l'ingegnere nucleare Eeeek!!!
da bambino invece volevo fare il tranviere, quello che manovrava la leva, non il bigliettaio

poi sono stato rimandato di fisica al liceo e anche in mate facevo fatica, per cui ho lasciato perdere

per quanto riguarda la formule, Old_Pentax e Valgrassi sanno bene che non ci capisco un'acca e che a me interessa solo il risultato MrGreen

per quanto riguarda il rapporto stechiometrico non so che dire
conosco molto meglio il rapporto bisteccometrico con gli acidi grassi volatili MrGreen



user236140
avatar
inviato il 06 Aprile 2024 ore 22:16

per quanto riguarda gli EV, pensate che ho scoperto Juza proprio attraverso il sito sui veicoli elettrici, che parecchi anni fa mi attiravano per l'illusione che mi facessero risparmiare sulla broda o sul GPL

oggi mi attirano come la sabbia nel costume da bagno MrGreen perché non esiste alcun EV che sia economico e con autonomia pari a un benzina, specie d'inverno; solo veicoli enormi, più scattanti e veloci di una Ferrari e dai costi proibitivi, che al freddo si arenano come un'orso obeso sul pack

quindi per quanto mi riguarda, mi tengo stretta la Baleno a broda finché campa

non si può tuttavia negare che gli EV siano silenziosi e non emettano puzza




user236140
avatar
inviato il 06 Aprile 2024 ore 22:26

E per le falciatrici che dire?

da ragazzo adoravo le fichissime Flymo

vhgmc.co.uk/wp-content/uploads/2020/07/IMG_20200706_161045_resized_202

ne avevo recuperata una da un rigattiere, l'avevo smontata, ripulita, cambiati i cortecchi ed era tornata come nuova
la pilotavi con un dito, ma faceva un rumore pazzesco MrGreen

oggi preferisco usarne una elettrica a filo, molto silenziosa

avatarsenior
inviato il 07 Aprile 2024 ore 5:54

Claudio saresti stato come Homer Simpson a controllo di un quadro in qualche centrale francese. Sorriso

Se ti impegni le formule le capisci. Non c'è niente di difficile.



user236140
avatar
inviato il 07 Aprile 2024 ore 11:17

Se ti impegni le formule le capisci


Sì, ma devo impegnarmi per l'appunto MrGreen

D'altronde, il liceo scientifico l'ho completato e in certi campi riuscivo abbastanza bene
poi alla maturità ci hanno rifilato un problema di geometria che non aveva una soluzione Eeeek!!!
Nonostante ciò sono uscito abbastanza bene

e poi all'Uni ho avuto ancora da superare esami di chimica, biochimica, fisica e statistica e anche lì sono uscito abbastanza bene

tuttavia, oggi preferisco i "pratici", o i divulgatori come ad es. Piero Angela, i quali spiegavano benissimo le cose, anche quelle più complesse, senza usare formule
MrGreen


avatarsenior
inviato il 07 Aprile 2024 ore 12:27

IndubbiamenteMrGreen




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