Tecnica

Dizionario tecnico

Rendimento

E’ il rapporto percentuale tra quanto si ottiene e quanto si “spende” in un trasferimento d’energia. Ad esempio, se la potenza prelevata dal motore (spesa) è 50 kW e quella uscente dal cambio (ottenuta, cioè utilizzabile) è 48 kW, il cambio, in quella certa marcia, ha un rendimento pari al (48/50) x 100 = 96 %.In questo caso si è trattato di energia meccanica sia in entrata che in uscita, la differenza se ne è andata sotto forma di energia termica (attriti). In altri casi può entrare energia di un tipo ed uscirne di un altro; ad esempio nel bilancio globale del motore entra energia chimica ed esce energia meccanica. Trasformando entrambe in unità equivalenti di potenza o di lavoro (in un dato tempo) si può ricavare un rendimento. Per il motore si tratta di valutare il rendimento termodinamico del ciclo di riferimento (una compressione e una dilatazione adiabatiche alternate a due isocore per il ciclo Otto, le due adiabatiche una isocora e una isobara per il Diesel), il rendimento del ciclo effettivo (detto “indicato*”) rispetto a quello limite (non si hanno effettivamente le trasformazioni sopra citate) e il rendimento meccanico (resistenze meccaniche e fluidodinamiche per il pompaggio dei gas).Il rendimento globale di un mezzo di trasporto può essere calcolato, per determinate condizioni di impiego (velocità, pendenza, carico trasportato ecc.) rapportando il lavoro ricavato al carburante consumato, naturalmente sempre esprimendo tutto in unità di misura compatibili.Per lavoro eseguito si intende quello necessario a vincere le resistenze (attriti, aerodinamica ecc.) e a variare in contenuto cinetico e potenziale del mezzo.Nel caso più semplice di velocità costante in piano rettilineo senza vento il lavoro eseguito è semplicemente quello delle resistenze.Interessante è il rendimento con riferimento al carburante consumato e alle resistenze esterne, cioè quelle all’avanzamento, essenzialmente di tipo aerodinamico e delle ruote.Tale rendimento, per veicoli automobilistici tradizionali, a 100 km/h, si attesta attorno a valori del 20 - 30%- massimo 35%. Circa 25% per un motore da corsa a massima potenza.Nel punto di massimo rendimento del motore (escluse quindi le perdite per trasmissione ecc.) il Diesel, che è la macchina termica a più alto rendimento, arriva al 45% circa (pari a 200 g/kWh) mentre l’Otto arriva a 34,5% (pari a 250 g/kWh), entrambi in corrispondenza della loro coppia massima.In condizioni normali di lavoro, ad esempio in un ciclo standard, il rendimento di un motore a ciclo Otto si attesta attorno al 13% perché rispetto al ciclo indeale si aggiungono perdite di ricambio della carica (10%), perdite di calore disperso (15%) attrito delle unità ausiliarie (10%) e perdite di stechiometria (7%). Per migliorare il rendimento, a livello motoristico, si devono ridurre gli attriti interni, e le perdite di pompaggio (da cui i variatori di fase*) , viaggiare con miscele tendenzialmente magre (da cui i “lean burn”* con la gestione elettronica del titolo della miscela) e alzare i rapporti di compressione per migliorare il ciclo termodinamico.A livello “esterno” occorre ugualmente ridurre gli attriti (cuscinetti ecc.) alzare la pressione dei pneumatici e utilizzare carrozzerie aerodinamiche. Per quanto sia auspicabile ottenere il massimo rendimento, occorre anche fare i conti col tempo, per cui spesso le condizioni di massimo rendimento non coincidono con l’ottenimento di una potenza accettabile: se il motore girasse lentissimo otterremmo un elevato rendimento ma produrremmo pochissimo lavoro nell’unità di tempo (potenza*); lo stesso vale se si aspirasse poca aria (vedi ciclo Miller). Vedi anche intercooler per avere un esempio diverso di rendimento.