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FISICA AMBIENTALE 1. Lezioni 5 – 6 Le macchine termiche. T H = T amb. T C = T amb. T H = T amb. Tipi di macchine termiche ( ideali ) :. T C = T amb. Macchina T. convenzionale. Macchina termica “fredda”. Pompa di calore. Frigorifero. T H = T amb. Calore estratto. COP.
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FISICA AMBIENTALE 1 Lezioni 5 – 6 Le macchine termiche
TH= Tamb TC= Tamb TH= Tamb Tipi di macchine termiche (ideali) : TC= Tamb Macchina T. convenzionale Macchina termica “fredda” Pompa di calore Frigorifero
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
LA REFRIGERAZIONE Punto critico Vapore saturo Liquido saturo strozzatura COOLING ACHIEVED COP = WORKINPUT Diagramma pH del ciclo di un frigorifero H1-H4 = H2-H1
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)
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
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
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
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
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
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.
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.
Possiamo riscrivere la second law efficiency : T0, p0 U V S Uf Vf Sf Temperatura dell’atmosfera Scambio di entropia sistema+ambiente “Lavoro perso”
Combustione adiabatica Tc, pc, Vc + Prodotti di combustione T Combustibile + Aria T0, p0, V1 EXERGIA PERSA NELLA COMBUSTIONE I prodotti di combustione si raffreddano TT0 e compiono lavoro: = C Exergia totale prima della combustione Energia persa
Il lavoro perso diventa: T0 = 300 Tc = 2240 K Exergia persa nella combustione