Rapporto di compressione

Il rapporto di compressione è un indice del funzionamento di una macchina termica, motrice o operatrice. Esso può essere calcolato in modi diversi e può variare a seconda delle consuetudini tecniche e del tipo di macchina considerato.

Rapporto di compressione manometrico

È tipico delle macchine dinamiche, ad esempio il compressore centrifugo, ed è dato dal rapporto delle pressioni totali all'ingresso e all'uscita:

$r_c = {p_e^o \over p_i^o}$.

Rapporto di compressione volumetrico

È tipico delle macchine volumetriche, ad esempio il motore endotermico, ed è definito come il rapporto tra il volume massimo e quello minimo della camera a scoppio, ovvero il volume compreso tra cilindro e pistone quando quest'ultimo è agli estremi della sua corsa. Il rendimento di un motore alternativo a combustione interna è strettamente legato al rapporto di compressione. Nel ciclo Otto ideale, per esempio, con cui si schematizzano i comuni motori a benzina, il rendimento aumenta con il rapporto di compressione. Nella pratica non è possibile aumentare indefinitamente il rapporto di compressione poiché il carburante, se compresso eccessivamente, si incendia prima dello scoccare della scintilla della candela d'accensione dando luogo alla preaccensione della miscela e compromettendo il corretto funzionamento della macchina. Al contrario, nei motori Diesel, per quali l'accensione spontanea del carburante è la base del funzionamento, si raggiungono rapporti di compressione maggiori.

Calcolo classico

Il rapporto di compressione volumetrico r_c è legato al volume della camera di compressione V_c ed alla cilindrata V₀ dalla formula:

$r_c = {V_0 + V_c \over V_c}$

dove V₀ e V_c sono, rispettivamente, il volume compreso tra cilindro e pistone quando quest'ultimo è all'estremo inferiore ed all'estremo superiore della sua corsa.

Conoscendo il rapporto di compressione r_c e la cilindrata di un motore V₀ è possibile ottenerne il volume della camera di compressione V_c con la formula:

$V_c = {V_0 \over (r_c-1)}$.

Calcolo alla giapponese

In questo caso, nella formula per il calcolo del volume della camera di compressione, si considerano i valori del rapporto di compressione e della cilindrata a luci chiuse.

Caratteristiche

Il rapporto di compressione riveste particolare importanza nei motori in quanto influenza la velocità di combustione della miscela combustibile/comburente e quindi condiziona la scelta dell'anticipo d'accensione al variare dei regime di funzionamento del motore. In generale, infatti, il tempo di combustione dipende principalmente dai seguenti fattori:

• Turbolenze, generate dalla fluidodinamica del gruppo termico, che migliorano la velocità di combustione con andamento esponenziale rispetto al regime del motore;
• Velocità di combustione, dipendente dal tipo di comburente, combustibile e loro miscelazione, che rimane costante al variare del regime.

Quindi se entrambi rimangono costanti a tutti i regimi di funzionamento, bisognerebbe raddoppiare l'anticipo con il raddoppiare del regime, mentre non è così, dato che le turbolenze aumentano con l'aumentare (andamento esponenziale) dei regimi, di conseguenza arrivati a un certo regime si dovrà ridurre l'anticipo invece che aumentarlo con l'aumentare dei regimi.

Tale valore diventa importante nei motori ad accensione comandata a fasatura fissa, dove la differente velocità di combustione della miscela aria/benzina non permette d'avere il massimo rendimento ottenibile per tutto l'arco di funzionamento del motore, quindi modificando il rapporto di compressione con una diversa testata si modifica la velocità di combustione e quindi anche la fascia di regimi motore dove si ha la combustione completa al PMS (punto morto superiore), più precisamente avendo:

• Basso rapporto di compressione, si migliorano gli alti regimi (oltre i 8.000 rpm) e ai bassissimi regimi (meno di 1.500/2.000 rpm)
• Alto rapporto di compressione, si migliorano i medio-bassi regimi (dai 2.000 rpm fino a 6.000 rpm)

Per quanto riguarda i motori ad accensione comandata a fasatura variabile ed i motori diesel, un maggiore rapporto di compressione aumenta il rendimento del motore in quanto aumenta la PME (pressione media effettiva) e di conseguenza anche la potenza specifica del motore.

Rapporto di compressione variabile

Per approfondire, vedi la voce Rapporto di compressione variabile.

Si parla di rapporto di compressione variabile quando si ha un rapporto di compressione volumetrico che varia a seconda delle condizioni operative.

Soluzioni di questo tipo, permettono un miglioramento delle condizioni operative del motore, permettendo un ottenimento delle prestazioni e la qualità dei gas di scarico.

Voci correlate

• Preaccensione
• Battito in testa
• Camera di combustione
• Testata (meccanica)