FISICA AMBIENTALE 1

1. FISICA AMBIENTALE 1 Lezioni 5 – 6 Le macchine termiche

2. TH= Tamb TC= Tamb TH= Tamb Tipi di macchine termiche (ideali) : TC= Tamb Macchina T. convenzionale Macchina termica “fredda” Pompa di calore Frigorifero

3. TH= Tamb Calore estratto COP Energia richiesta Frigorifero: Winè lavoro sul sistema per estrarre calore da un serbatoio a bassa T e trasferirlo ad uno a T ambiente. Coefficiente di rendimento

4. LA REFRIGERAZIONE Punto critico Vapore saturo Liquido saturo strozzatura COOLING ACHIEVED COP = WORKINPUT Diagramma pH del ciclo di un frigorifero H1-H4 = H2-H1

5. Grafico delle pressioni rispetto alle T dei punti di ebollizione per alcuni fluidi Non tutti cadono nel range accettabile con –10 °C< T < 60°C a p ~100 kPa (p atmosferica)

6. Condenser • VAPOUR • COMPRESSION: • 1.Compressor • ABSORPTION: • 1.Absorb vapour in • liquid while • removing heat • 2.Elevate pressure of • liquid with pump • 3.Release vapour by • appling heat High-pressure vapour Espansion value Low-pressure vapour Evaporator Paragone tra due sistemi di refrigerazione: compressione del vapore e assorbimento

7. TC= Tamb Pompa di calore Winè lavoro sul sistema per estrarre calore da un serbatoio a Tambiente e trasferirlo ad uno a temperatura più alta. Coefficiente di rendimento COP QH = QC +Win ; calore trasferito Win lavoro per trasferire il calore

8. Efficienza di una macchina termica reale Una macchina reale compie molti cicli/s. Se internamente la macchina opera con C: Eliminiamo Ce Hcon le equazioni del trasporto. Si ottiene: con

9. Il lavoro eseguito diventa: Tale lavoro è nullo per = 0 e per = C. Per a, TC, TH costanti si trova il massimo di W rispetto a: Da cui l’efficienza di una macchina termica reale: < C

10. outputenergetico  = inputenergetico output di calore / lavoro utile  = output max per ogni sistema con lo stesso input Second law efficiency: Definizione più generale di efficienza in un processo di trasferimento di calore: Bisogna guardare lo scopo e non solo la macchina Massimo permesso dalla termodinamica  sempre < 1

11. Riscaldamento domestico Calore trasmesso alla casa variazione di H per la combustione del gas Second law efficiency: Lavoroutile per una pompa di calore Massimo lavoro che può essere fornito da un sistema che si porti ad uno stato finale in equilibrio con l’atmosfera.

12. EXERGIA: energia convertibile in lavoro Il lavoro meccanico è 100% exergia, le altre forme di energia sono convertibili in lavoro solo in una certa percentuale: • Energia elettrica: 99% exergia • Energia meccanica: 80% exergia • Calore: grado di convertibilità variabile • dipendente dalla temperatura.

13. Possiamo riscrivere la second law efficiency : T0, p0 U V S Uf Vf Sf Temperatura dell’atmosfera Scambio di entropia sistema+ambiente “Lavoro perso”

14. Combustione adiabatica Tc, pc, Vc + Prodotti di combustione T Combustibile + Aria T0, p0, V1 EXERGIA PERSA NELLA COMBUSTIONE I prodotti di combustione si raffreddano TT0 e compiono lavoro:  = C Exergia totale prima della combustione Energia persa

15. Il lavoro perso diventa: T0 = 300 Tc = 2240 K Exergia persa nella combustione