Dimenticavo di dire che lo strumento indica la PRESSIONE ASSOLUTA dell'impianto, non la PRESSIONE D'ESERCIZIO
Riporto un breve stralcio tecnico per chiarire un pò la questione (la parte che interessa Andrea è quella che ho evidenziato in rosso): Tanto per cominciare vi fornisco le equivalenze tra misure imperiali e misure metriche e la spiegazione delle abbreviazioni usate nel testo:
Cui (cubic inch = pollice cubo) = 16,39cm3; 1cm3=0,061cui
Psi (pounds on square inch = libbre su pollice quadrato) = 0,068bar; 1bar=14,7psi
°F (degree Fahrenheit = grado Fahrenheit) = 32+1,8*x°C; °C=(°F-32)/1,8; ad esempio 0°C=32°F e 100°C=232°F.
R (degree Rankine = grado Rankine) = °F+460 = °C+273,15; è la scala assoluta (ovvero che ha origine alla temperatura dello zero assoluto) usata in alcuni paesi anglosassoni al posto della scala Kelvin. Ad esempio: O°C=273,15K=32°F=492R
Cu ft (cubic feet = piede cubo) = 28.317 cm3 = 28,317l
Cfm (cubic feet per minute = piedi cubi al minuto) = 28.317cm3/min = 28,317l/min
Lbs (pounds = libbre) = 0,454kg; 1kg=2,2lbs
Mph (miles per hour = miglia orarie) = 1,6093km/h; 1km/h=0,62mph
Psig = psi gauge (psi relativi misurati dal manometro)
Psia = psi absolute (psi assoluti, ottenuti sommando la pressione atmosferica, pari ad 1bar=14,7psi, alla sovrappressione fornita dalla turbina)R (costante universale dei gas perfetti) = 8,315 J/(mol*K)
Tin = temperatura in ingresso
Tout = temperatura in uscita
Pin = pressione in ingresso
Pout = pressione in uscita
A mio avviso i fatti più interessanti che vengono fuori da questo articolo sono:
La differenza tra portata massica e portata volumetrica di aria; la differenza insomma tra il volume di aria che fluisce in un motore (che è sempre costante!) e la quantità (massa) di aria che invece fluisce nel motore (che non è costante!). Ricordatevi sempre che l’aria è una miscela di gas, e quindi comprimibile, mentre un liquido qualunque (ad esempio l’acqua liquida) non è comprimibile!
L’importanza dell’intercooler che, raffreddando l’aria (calda) in uscita dal compressore, fa sì che, a parità di sovrappressione, la quantità d’aria che fluisce nel motore sia superiore.
INTRODUZIONE
Lo scopo di questa breve (non proprio, ndr) trattazione è di mostrare al lettore come calcolare il volume della massa d’aria che attraversa il proprio motore e di come dimensionare il compressore del turbocompressore (la “parte fredda”, ndr) per muovere questa quantità di aria. Inoltre la trattazione dovrebbe chiarire alcuni dubbi riguardanti gli effetti della temperatura, della pressione e dell’interrefrigerazione (intercooler, ndr) sulle prestazioni del motore.
Equazione della portata volumetrica del motore
Questa equazione serve a trovare il volume di aria entrante nel motore. La cilindrata sulle nostre auto è 231cui (3786cm3, ndr). Il motore è a quattro tempi, la valvola di aspirazione di ogni cilindro (il motore in questione è ovviamente a 2 valvole per cilindro, ndr) si apre ogni due giri del motore. Pertanto, ad ogni due giri di motore, il motore aspira 231cui di aria. A quante libbre di aria corrispondono (si sta quindi cercando di determinare la massa di aria aspirata, il volume lo conosciamo già… ndr)? Questo dipende dalla pressione e dalla temperatura dell’aria nel collettore di aspirazione. Ma il volume è sempre pari a 231cui ogni 2 giri.
Volume di aria (cfm) = [(RPM del motore)*(cilindrata)]/(1728*2)
(“1728” è una costante correttiva che serve solo a rendere commensurabili fra di loro tutte queste stupide unità di misura, il “2” serve per tener conto del fatto che l’aria viene aspirata solamente ogni due giri di motore dato che siamo di fronte ad un motore 4 tempi, ndr)
Legge dei gas perfetti / portata massica di aria
La legge dei gas perfetti è un equazione molto comoda. Essa mette in relazione la pressione, la temperatura, il volume e la massa (cioè le libbre) di aria. Conoscendo tre di queste grandezze, se ne può calcolare la quarta. L’equazione è:
P*V = n*R*T
dove P è la pressione assoluta (NON la pressione misurata dal manometro), V è il volume, n è il numero di moli d’aria (è l’unità di massa in questo caso, ndr), R è una costante e T è la temperatura assoluta.
Cosa rappresentano la temperatura e la pressione assolute? Ce ne frega qualcosa? Certo!
La pressione assoluta è la pressione in un condotto (misurata tramite un manometro che segna 0 quando questa è atmosferica) sommata alla pressione atmosferica. La pressione atmosferica al livello del mare è approssimativamente 14,7psi.
Esempio: un manometro segna 0 prima di essere messo in esercizio. Installiamolo, affondiamo l’acceleratore, ed esso segna 19psi. 19psi è la pressione nel condotto, la pressione assoluta a livello del mare è invece 14,7+19=33,7.
La scala del manometro può essere psia o psig. La “a” sta per “assoluto”, “g” per “gauge” (quella misurata dal manometro, ndr). Come abbiamo appena visto, 19psig=33,7psia. Il vuoto perfetto è 0psia, ovvero -14,7psig.La temperatura assoluta è la temperatura espressa in gradi Fahrenheit + 460. Questo ci dà i gradi Rankine, indicati con R. Se la temperatura esterna è di 80°F, la temperatura assoluta è di 80+460=540R.
La Legge dei gas perfetti può essere riscritta per calcolare una qualunque delle variabili. Ad esempio, conoscendo pressione, temperatura e volume d’aria, possiamo calcolare le libbre (massa, ndr) di aria:
n = (P*V)/(R*T)
Queste ci servono dal momento che conosciamo la pressione (o meglio, la sovrappressione), il volume (che abbiamo calcolato nel primo paragrafo) e possiamo fare una buona stima della temperatura. In questo modo possiamo calcolare quante libbre di aria il motore sta elaborando. E maggiore è la massa d’aria elaborata, maggiore è la potenza che si può ricavare.
Per calcolare la massa d’aria:
[lbs/min] = {P[psia]*V[cfm]*29}/{10,73*T[R]}
Per calcolare il volume d’aria:
V[cfm] = {n[lbs/min]*10,73*T[R}]/{29*P[psia]}
(come prima, “29” è la costante di equivalenza per far quadrare i conti con le misure inglesi, 10,73 invece serve a convertire le moli di aria in libbre di aria, ndr).
A questo punto attendo un supporto anche dal buon Luca