L’UOMO E LA MACCHINA

1. L’UOMOELA MACCHINA

2. La macchina di Savery • Struttura • Funzionamento • Ciclo ideale • Ciclo reale • Rendimento

3. Struttura Discarica Cisterna Caldaia Miniera

4. Funzionamento

5. Fase I L’acqua viene introdotta nella caldaia, attraverso la valvola A, dove viene portata ad ebollizione, cioè trasformata in vapore.

6. Fase II La cisterna, inizialmente piena d’acqua, viene messa in collegamento sia con la caldaia (valvola B) sia con la discarica (valvola D),mentre la valvola di collegamento con la miniera (C) rimane chiusa. A questo punto il vapore proveniente dalla caldaia, esercita una pressione sulla superficie dell’acqua della cisterna, che viene spinta nella discarica.

7. Fase III Quando il vapore occupa tutto il volume del cilindro, si chiudono le valvole D e B e si apre la valvola C. Il vapore nella cisterna dunque inizia a raffreddarsi, aiutato anche da un getto di acqua fredda; in questo modo si viene a creare un vuoto parziale all’interno del cilindro e l’acqua nella miniera viene spinta dalla pressione atmosferica nella cisterna.

8. Fase IV Quando il cilindro è pieno d’acqua, si chiude il rubinetto di collega mento con la miniera, si riaprono gli altri due e si ricomincia il ciclo.

9. Ciclo ideale Il lavoro W ideale si può dunque ricavare calcolando l’area del ciclo (rettangolo sul piano PV): W = Δp • ΔV = (pA – pB) • (Vfin – Viniz) = Qg (Dh1 +Dh2) • ΔV = QghΔV

10. Ciclo reale • Fase I - il vapore si espande, come previsto dal ciclo reale, a temperatura e pressione quasi costanti. La temperatura e la pressione sono, però, più alte di quelle calcolate a causa delle resistenze nei tubi, delle dispersioni di calore e della condensazione di parte del vapore; • Fase II – la trasformazione è ancora un’isocòra, ma il pompaggio si innesca ad una temperatura inferiore a quella prevista, sempre a causa degli attriti; In conclusione anche senza calcolare l’area del ciclo reale è evidente che essa è maggiore di quella prevista per il caso ideale, pur avendo fornito lo stesso lavoro effettivo: il lavoro in più è stato evidentemente dissipato nell’ambiente quindi, non è più utilizzabile. La macchina reale ha dunque un rendimento inferiore di quella ideale; si può notare infatti che una macchina di Savery ideale che lavorasse a temperature e pressioni della macchina reale, fornirebbe un lavoro maggiore di quello effettivamente fornito: • Fase III – in questa fase il comportamento della macchina si discosta nettamente da quello previsto a livello teorico e le trasformazioni che avvengono non possono più essere approssimate con trasformazioni reversibili: infatti l’acqua che entra nella beuta, si trova a temperatura ambiente e provoca un rapido abbassamento della temperatura del vapore. Questa ulteriore diminuzione della temperatura provoca, una condensazione del vapore maggiore di quella richiesta per mantenere la differenza di pressione necessaria per far superare il dislivello, e si ha quindi, una diminuzione di pressione non voluta che serve solo ad accelerare il pompaggio. Non è più possibile dunque definire una linea, sul piano PV, che rappresenti la trasformazione subita dal sistema, poiché è impossibile riconoscervi uno stato di equilibrio, e quindi una pressione caratterizzante quello stato, ma solo un’area da individuare mediante l’uso dei dati sperimentali, in cui avviene una trasformazione reale. Si possono misurare le temperature corrispondenti a diversi valori di volume occupato dal vapore, ma e necessario tenere conto del fatto che esse non corrispondono alla temperatura del vapore, che non è in equilibrio termico, ma solo alla temperatura di quella parte di vapore che circonda il termometro; Wideale = Δp • ΔV • Fase IV – il sistema viene riportato rapidamente alle condizioni iniziali chiudendo la valvola di comunicazione con la miniera e aprendo il rubinetto della caldaia.

11. Rendimento Il rendimento dunque si può calcolare come: η = W/Q Per avere poi un termine di confronto, si può calcolare il rendimento della macchina reversibile che lavori su un ciclo di Carnot tra le stesse temperature di funzionamento: In generale, comunque, l’efficienza della macchina di Savery è molto bassa e pari a circa il 2% della corrispondente macchina di Carnot.

12. La prima rivoluzione industriale

21. La seconda rivoluzione industriale

28. La terza rivoluzione industriale

30. FINE

31. Tesina di Altan Davide • Classe 5ªC • Liceo scientifico statale “Le Filandiere” • Anno scolastico 2003/2004