“POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMI ŞOARA DEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING

1. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING 3.ENERGIA GEOTERMALĂ 3.1. PARTICULARITĂŢI ALE ENERGIEI GEOTERMALE 3.1.1. Consideraţii privind energia geotermală 3.1.2. Energia geotermală de potenţial termic ridicat 3.1.3. Energia geotermală de potenţial termic scăzut 3.1.4. Pompele de căldură şi sursele de energie geotermală 3.1.5. Regimuri de funcţionare a pompelor de căldură 3.2. PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE A INSTALAŢIILOR FRIGORIFICE ŞI POMPELOR DE CĂLDURĂ 3.2.1. Noţiuni introductive 3.2.2. Părţile componente ale instalaţiilor frigorifice şi pompelor de căldură 3.2.3. Comparaţie între instalaţiile frigorifice şi pompele de căldură

2. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Energia geotermală - reprezintă diverse categorii particulare de energie termică, pe care le conţine scoarţa terestră Scoarţa 0… 100 km; - Mantaua 100… 3000 km; - Nucleul extem 3000… 5000 km; - Nucleul intem 5000… 6378 km. Fig. 3.1. Principalele zone din care este alcătuit Pământul 2

3. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Temperatura pământului creşte spre centru, unde atinge o valoare de cca. 6000°C, care însă nu a fost încă precis determinată • 99% din interiorul Pământului se găseşte la o temperatură depeste 1000°C, iar 99% din restul de 1%, se găseşte la o temperatură de peste 100°C. • Aceste elemente sugerează că interiorul Pământului reprezintă o sursă regenerabilă de energie care trebuie exploatată într-o măsură cât mai mare. Fig. 3.2. Variaţia temperaturii dinspre scoarţa spre centrul Pământului 3

4. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Din punct de vedere al potenţialului termic, energia geotermală poate fi clasificată în două categorii: - Energie geotermală de potenţial termic ridicat; - Energie geotermală de potenţial termic scăzut. 4

5. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING 3.1.2. Energia geotermală de potenţial termic ridicat Acest tip de energie geotermală este caracterizată prin nivelul ridicat al temperaturilor la care este disponibilă şi poate fi transformată direct în energie electrică sau termică.

6. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Părţile componente ale unei centrale electrice geotermale 1 – foraj pentru injecţia apei şi pompe de injecţie; 2 – zona de joncţiune între foraje; 3 – foraje de producţie; 4 – schimbător de căldură; 5 – turbinele şi generatoarele electrice; 6 – sistem de răcire; 7 – stocare energie de potenţial termic ridicat în sol; 8 – sistem de monitorizare seismică; 9 – consumatori electrici Fig. 3.4. Părţile componente ale unei centrale electrice geotermale

7. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Energia electrică se obţine din energie geotermală, în centrale având puteri electrice de 20…50MW, care sunt instalate în ţări ca: Filipine, Kenia, Costa Rica, Islanda, SUA, Rusia, etc. 7

8. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Fig. 3.5. Centrala electrică geotermală din Kamchatka, Rusia 8

9. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Din categoria surselor de energie geotermale de potenţial termic ridicat, fac parte şi gheizerele cu apă fierbinte sau abur. Fig. 3.6. Gheizer 9

10. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING • 3.1.3. Energia geotermală de potenţial termic scăzut • Acest tip de energie geotermală este caracterizată prin nivelul relativ scăzut al temperaturilor la care este disponibilă şi poate fi utilizată numai pentru încălzire, fiind imposibilă conversia acesteia în energie electrică. • Energia geotermală de acest tip, este disponibilă chiar la suprafaţa scoarţei terestre, fiind mult mai uşor de exploatat decât energia geotermală de potenţial termic ridicat, ceea ce reprezintă un avantaj. 10

11. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Începând de la adâncimi foarte reduse, temperatura solului poate fi considerată relativ constantă pe durata întregului an: - La 1m temperatura solului variază între 5…15°C; - La 1,5…3m temperatura solului variază între 7…13°C; - La 4,5m temperatura solului variază între 8…12°C; - La 6…10m temperatura solului variază între 9…11°C; - La 10…18m temperatura solului variază cu mai puţin de 1°C în jurul valorii de 10°C; - La peste 18m temperatura solului este constantă, având valoarea de 10°C. 11

12. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Fig. 3.7. Variaţia temperaturii în sol, în zona de la suprafaţa scoarţei terestre 12

13. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING • Exploatarea energiei geotermale de potenţial termic scăzut necesită echipamente special concepute pentru ridicarea temperaturiipână la un nivel care să permită încălzirea şi/sau prepararea apei calde, ceea ce reprezintă un dezavantaj faţă de energia geotermală de potenţial termic ridicat. • Echipamentele menţionate, poartă denumirea de pompe de căldurăşi au acelaşi principiu de funcţionare ca al maşinilor frigorifice, funcţionând cu consum de energie electrică. 13

14. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING • Parametrul de performanţă al acestor echipamente este eficienţa pompei de căldură,definită prin raportul dintre fluxul termic furnizat Q şi puterea electrică absorbită P: 14

15. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING 3.1.4. Pompele de căldură şi sursele de energie geotermală Pompele de căldură, pot să absoarbă căldura din sol, de la diferite adâncimi, din apa freatică, din apele de suprafaţă (dar numai cu condiţia să nu existe pericolul ca apa să îngheţe), sau chiar din aer (dar numai în perioadele în care temperatura aerului este suficient de mare, pentru a permite funcţionarea pompelor de căldură, cu o eficienţă ridicată). 15

16. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING • Indiferent de sursa de căldură, pompele de căldură utilizează indirect, energia solară acumulată în sol, apă sau aer. • Câteva dintre condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească sursa de căldură, pentru a putea fi utilizată de către pompele de căldură sunt: • Disponibilitate în cantitate suficientă; • Capacitate cât mai mare de a acumula căldură; • Nivel cât mai ridicat de temperatură; • Capacitate de regenerare suficient de mare; • - Posibilitate de captare în condiţii cât mai economice. 16

17. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Solul reprezintă o sursă de căldură eficientă, deoarece acumulează căldură atât direct sub formă de radiaţie solară cât şi indirect de la ploi, respectiv de la aer. 17

18. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Circuitele intermediare de preluare a căldurii din sol, sunt compuse din: 1. schimbătoare de căldură (denumite colectori), 2. pompe de circulare a agentului intermediar din aceste circuite, 3. vas de expansiune, 4. sistem de distribuţie a agentului intermediar în colectori, 5. dispozitive de aerisire, etc. 18

19. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Agentul intermediardin circuitele intermediare este reprezentat de: soluţii apoase de tip antigel, (majoritatea producătorilor recomandă diverse amestecuri ecologice de acest tip). soluţii de apă sărată, nu se poate utiliza apa simplă, deoarece pe timp de iarnă există pericolul ca apa să îngheţe, cel puţin în porţiunile de conducte aflate la suprafaţa solului, sau în aer liber (chiar dacă sunt izolate). Temperatura de îngheţrecomandată de majoritatea producătorilor pentru soluţiile de tip antigel utilizate în circuitul intermediar, este de –15°C. 19

20. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Tipuri de colectori care pot fi utilizaţi în circuitele intermediare de preluare a căldurii din sol: colectori orizontali (fig.3.8), care se montează la adâncimi de cca. 1,2…1,5m; costuri de montaj reduse dar suprafeţe mari. colectori verticali (fig.3.9), denumiţi şi sonde, care se montează în orificii practicate prin forare, la adîncimi de până la cca. 100m; suprafeţe reduse dar costuri mari la realizarea forajelor (80 ... 100 Euro/m) 20

21. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Fig. 3.8. Colectori orizontali (tuburi de polietilenă – metalul se corodează) 21

22. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Fig. 3.9. Colectori verticali (tuburi de polietilenă) 22

23. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Fig. 3.10. Amplasarea direct în sol a vaporizatorului pompei de căldură Avantaje: eliminarea circuitului de agent intermediar (ceea ce permite reducerea diferenţei dintre temperatura de vaporizare şi temperatura solului, având ca efect îmbunătăţirea eficienţei pompei de căldură);economisirea energiei necesară circulaţiei agentului intermediar. Dezavantaje: necesitatea unor cantităţi mai mari de agent frigorific, decât în cazul utilizării circuitului intermediar de preluare a căldurii din sol;prezenţa unor pierderi de presiune mai mari pe circuitul agentului frigorific. 23

24. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Sarcina termică specifică asigurată de colectorii orizontali, în funcţie de tipul solului Aceste valori sunt considerate pentru amplasarea colectorilor la distanţe medii de 0,5…0,7m. Considerând că sarcina termică specifică asigurată de sol, are o valoare medie q0 = 25W/mp, pentru o sarcină termică extrasă din sol Q0 = 1kW, rezultă o suprafaţă necesară pentru amplasarea colectorilor: 24

25. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Sarcina termicăliniară specifică asigurată de colectorii verticali, în funcţie de tipul solului Considerând că sarcina termică liniară specifică asigurată de sol, are o valoare medie ql0=40W/m, pentru o sarcină termică extrasă din sol Q0 = 1kW, rezultă o lungime necesară pentru amplasarea colectorilor: 25

26. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Pentru dimensionarea vaporizatoarelor din sol, în cazul amplasării colectorilor la o distanţă medie de 0,5…0,7m se poate considera o sarcină termică specifică liniară, raportată la lungimea ţevii vaporizatorului, de cca. 35…40W/m. 26

27. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Utilizarea apei freatice ca sursă de căldură Distanţa dintre cele două conducte minim 5m şi sensul de curgere dinspre conducta de absorbire spre cea de evacuare a apei Fig. 3.11. Utilizarea apei freatice ca sursă de căldură 27

28. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Apa freatică (adâncime 50…70m)este o sursă de căldură mai eficientă decât solul, deoarece: temperatura acesteia este relativ constantă în tot timpul anului, având valori de 7…12°C, mai ridicate decât solul; poate fi circulată direct prin vaporizatorul pompelor de căldură, eliminând necesitatea unui circuit intermediar. Pentru locuinţe familiale adâncimea nu este necesar să fie mai mare de 15m. 28

29. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Dezavantajele utilizării apei freatice ca sursă de căldură: este necesar să existe un debit suficient de mare al apei freatice, compoziţia chimică trebuie să se încadreze între limite bine precizate din punctul de vedere al unor componenţi cum sunt: carbonaţi acizi, sulfaţi, cloruri, amoniac, sulfit de sodiu, bioxid de carbon liber (extrem de agresiv), nitraţi, hidrogen sulfuraţi, etc. Condiţiile prezentate, destul de restrictive, reduc sensibil posibilităţile de utilizare a apei freatice ca sursă de căldură. 29

30. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Apa din lacuri şi râuripoate fi utilizată ca sursă de căldură, dar este necesară utilizarea unui circuit intermediar şi trebuie evitată formarea de gheaţă pe colectorii amplasaţi în apă, deoarece gheaţa ar reduce mult intensitatea transferului termic dintre apă şi agentul intermediar din colectori. Apa de mareeste mai uşor de utilizat, deoarece la o adâncime de câţiva metri, nu se mai pune problema îngheţării acesteia, dar şi în cazul apei de mare, trebuie utilizat un circuit intermediar pentru preluarea căldurii. 30

31. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Aerul reprezintă o sursă de căldură gratuită, disponibilă în cantităţi nelimitate. În pompele de căldură, se poate utiliza ca sursă de căldură doar aerul exterior, care este circulat prin tubulaturi cu ajutorul unui ventilator. Pompele de căldurăaer-apă absorb căldură de la aer şi încălzesc apă, utilizabilă pentru încălzire, sau ca apă caldă menajeră. Pompele de căldură aer-aer sunt cele mai răspândite şi sunt reprezentate de toate aparatele de condiţionarea aerului, care pot să realizeze atât răcire cât şi încălzire. În regim de încălzire, aceste echipamente funcţionează ca pompe de căldură aer-aer 31

32. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Fig. 3.12. Pompă de căldură aer-apă 32

33. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING La scăderea temperaturii exterioare, eficienţa pompelor de căldură care utilizează aerul ca sursă de căldură, se reduce sensibil, ceea ce limitează posibilitateautilizării acestor echipamente, la o perioadă de timp de maxim 70…80% din an, fiind indicată utilizarea combinată a acestora, împreună cu alte sisteme de încălzire. În perioadele mai calde ale anului, primavara, vara şi toamna, când temperatura aerului este mai ridicată, aceste echipamente pot fi extrem de eficiente pentru prepararea apei calde menajere. 33

34. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Fig. 3.13. Încălzirea apei din piscină cu ajutorul unei pompe de căldură aer-apăşi a unor colectori solari 34

35. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Pentru acest gen de aplicaţie, pompele de căldură aer-apă, sunt între cele mai eficiente posibile, iar combinaţia cu un echipament de încălzire utilizând energie solară este cu atât mai performantă şi permite exploatarea ieftină a piscinei cu apă caldă, atât în perioadele însorite cât şi în cele fără radiaţie solară directă. Costurile de exploatare ale unor instalaţii de încălzire a apei din piscine, utilizând pompe de căldură aer-apă, sunt mai reduse decât cele ale unor sisteme funcţionând cu gaz, diverşi combustibili lichizi, sau peleţi. 35

36. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Singurele sisteme mai ieftine din punct de vedere al cheluielilor cu sursa de energie, sunt cele utilizând brichete sau lemne, dar aceste sisteme nu permit funcţionarea automatizată a echipamentului de încălzire, ceea ce implică dificultăţi de exploatare, sau creşterea cheltuielilor de exploatare, ceea ce anulează avantajul costurilor mai reduse cu combustibilul. 36

37. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING 3.1.5. Regimuri de funcţionare a pompelor de căldură Regimul de funcţionare a pompelor de căldurătrebuie adaptat la tipul sistemului de încălzire al obiectivului pe care îl deservesc, dacă acesta este deja realizat, iar pompele de căldură înlocuiesc echipamente existente funcţionând cu combustibili clasici. O restricţie importantă este reprezentată de faptul că temperatura maximă pe care o pot realiza pe tur pompele de căldură este de 55°C, iar peste această temperatură pompele de căldură pot funcţiona doar în cuplaj cu alte surse de încălzire. 37

38. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING În clădirile noi, sistemul de încălzire va fi special proiectat pentru aceste echipamente şi va fi caracterizat prin nivelul redus al temperaturii agentului de încălzire. În cazul încălzirii prin pardoseală şi/sau pereţii laterali, temperatura agentului de încălzire, poate coborâ până la valori de cca. 35°C pe tur, sau chiar sub această valoare. Din punct de vedere al soluţiilor tehnice utilizate pentru încălzire şi preparare a apei calde menajere, există mai multe regimuri posibile de funcţionare a pompelor de căldură: 38

39. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING • Regim de funcţionare monovalent– pompa de căldură este unica sursă de căldură; • Regim de funcţionare bivalent– pompa de căldură este utilizată în combinaţie cu o altă sursă de căldură care funcţionează cu combustibil solid, lichid sau gazos, echipamente de captare a energiei solare, etc; • - Regim de funcţionare monoenergetic– pompa de căldură este utiliztă în combinaţie cu un alt sistem de încălzire care funcţionează tot cu energie electrică. 39

40. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Cea mai întâlnită situaţie de acest tip, este cea în care apa caldă menajeră este doar preîncălzită în pompa de căldură, fiind utilizat şi un alt dispozitiv de încălzire a apei, fie un încălzitor electric instant, fie o rezistenţă electrică montată în boilerul pentru prepararea apei calde menajere. În cazul utilizării pompelor de căldură în regim monovalent sau monoenergetic, un interes deosebit este prezentat de utilizarea sistemului de tarifare diferenţiată a energiei electrice pe timp de zi şi de noapte, sistem care în România este disponibil la cerere şi care poate reduce semnificativ valoarea facturilor de energie electrică. 40

41. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING 3.2. PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE A INSTALAŢIILORFRIGORIFICE ŞI POMPELOR DE CĂLDURĂ 3.2.1. Noţiuni introductive Instalaţiile frigorifice şi pompele de căldură, sunt maşini termice care au rolul de a prelua căldură de la un mediu având temperatura mai scăzută şi de a o ceda unui mediu având temperatura mai ridicată. 41

42. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Mediul cu temperatura mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit sursa rece,iarmediul cu temperatura mai ridicată, căruia i se cedează căldură, este denumit sursa caldă. Deoarece teoretic aucapacitate termică infinită, temperaturile surselor de căldură rămân constantechiar dacă acesteaschimbă căldură. Fluxul de căldură absorbită de la sursa rece este notat cu Q0 , iar fluxul de căldură cedată sursei calde, este notat cu Qk . Fig. 3.14. Schema energetică a instalaţiilor frigorifice şi a pompelor de căldură 42

43. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Principiul 1 al termodinamicii: “Variaţia energiei interne a unui sistem în urma transformării din starea iniţială 1, în starea finlă 2 este egală cu suma dintre cantitatea de căldură Q şi lucrul mecanic L schimbate cu exteriorul în cursul transformării” Primul principiu al termodinamicii a arătat posibilitatea transformării L în Q si invers fără a specifică în ce condiţii aceste transformări sunt posibile. El a arătat echivalenţa cantitativă dintre L si Q si a introdus proprietatea de energie internă (U), care nu variază în absenţa acţiunilor exterioare pentru orice procese din interiorul sistemelor. 43

44. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Principiul 2 al termodinamicii: Istoria acestui principiu este una dintre fascinantele aventuri ale ştiinţei, care a generat nenumărate paradoxuri, controverse şi predicţii tulburătoare (moartea termică), presărată cu evenimente uneori tragice (sinuciderea lui Boltzmann), o aventură care a atras irezistibil o serie de minţi geniale ale omenirii, revoluţionari dintre cei mai mari ai fizicii (Planck, Einstein), nenumăraţi laureaţi ai premiului Nobel. 44

45. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Această pasionantă aventură a început cu prima revoluţie tehnico-ştiinţifică (crearea maşinii cu abur şi preocupările legate de îmbunătăţirea randamentului acesteia - Carnot), generând cercetări ce s-au desfăşurat pe un fundal din ce în ce mai larg si mai profund, culminând în anii secolului XX cu o contribuţie extrem de importantă la actuala revoluţie tehnico-ştiinţifică (cibernetică, informatică), odată cu introducerea conceptului de entropie informaţională (Shannon) prin analogie cu entropia statistică Boltzmann. 45

46. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Esenţa principiului al doilea constă în introducerea unei noi mărimi de stare entropia şi în precizarea sensului de variaţie a acesteia în sistemele izolate (Afanasieva 1928). Principiul al II-lea indică sensul în care se desfăşoară procesele din natură, stabileşte limita maximă de transformare a căldurii în lucru mecanic în procese ciclice si afirmă neechivalenţa calitativă dintre L si Q. Din definiţia noţiunilor de L si Q s-a constatat că între acestea există o deosebire fundamentală: dacă lucrul mecanic poate determina variaţia oricărei forme de energie, căldura poate determina numai variaţia energiei interne a sistemului. 46

47. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING După cum arată experienta, în timp ce la transformarea L în Q fenomenul se poate limita la variaţia stării termodinamice numai a corpului (receptorul de căldură, de exemplu la încălzirea prin frecare sau electrică), la transformarea Q în L, odată cu răcirea corpului care cedează Q, are loc variaţia stării termodinamice a altor corpuri care iau parte la proces: a substanţei de lucru la procesele deschise sau a altor corpuri la procesele ciclice închise. 47

48. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Variaţia stării corpului de lucru (dacă procesul este deschis) sau cedarea unei părti din caldură de către substanţa de lucru altor corpuri şi în consecinţă schimbarea stării termodinamice a acestor corpuri într-un proces ciclic de transformare a Q în L se numeşte compensaţie. Experienţa conduce deci la faptul că fără compensaţie nu se poate transforma nici -o calorie de căldură în lucru mecanic. Dar lucrul mecanic se poate transforma în căldură fără compensaţie. 48

49. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING Cu alte cuvinte, dacă căldură este transformastă în lucru mecanic şi după un proces ciclic de la un corp sau de la diferite corpuri s-a luat o cantitate de căldură Q (Q<0) iar L efectuat este L (L>0): Q > L Daca dimpotrivă, L (L<0) este transformat în caldură, atunci L = Q Deci principiul al II-lea al termodinamicii reprezintă ansamblul a doua propoziţii independente: 1. Q > L Dacă Q se transformă în L, care exprimă sub formă cantitativă conţinutul principiului al II-lea al termodinamicii. Daca dimpotrivă, L (L<0) este transformă în Q, atunci 2. L = Q Prin urmare, mişcarea ordonată (L) poate fi transformată integral în mişcare dezordonată (Q), pe când procesul invers este IMPOSIBIL, necesitând un mecanism compensator auxiliar. 49

50. “POLITEHNICA” UNIVERSITY OF TIMIŞOARADEPARTMENT OF PHYSICAL FOUNDATION OF ENGINEERING • Transformarea monotermă • Problema cu largi aplicaţii practice este cum să se transforme Q în L cu randament maxim. • Pentru aceasta este necesar în primul rând un rezervor termic (termostat), adică un corp sau un sistem de corpuri care se găsesc în stare de echilibru termodinamic şi care au o rezervă suficientă de energie internă sau altfel spus, o capacitate calorică infinită. • Rezervorul nu are posibilitatea să efectueze el însuşi lucru mecanic ci doar să schimbe energie sub forma de căldură cu alte corpuri. • Sistemul care primind energie internă sub formă de căldură, de la unul sau mai multe rezervoare termice şi efectuează L se numeşte corp de lucru (substanţă de lucru). • Dispozitivul care cu ajutorul unui corp de lucru transformă periodic (continuu) Q în L se numeşte masină termică. 50