Corso di termodinamica Cicli termodinamici diretti

Presentazione sul tema: "Corso di termodinamica Cicli termodinamici diretti"— Transcript della presentazione:

1 Corso di termodinamica Cicli termodinamici diretti
Prof. G. Buonanno Dr. Eng. G. Giovinco

2 Evoluzione dell’uomo

3 Energie “naturali”

4 Le macchine termiche

5 Convertire tutto il calore in lavoro con continuità
Indefinitamente Q Trasformazione isoterma di una gas ideale

6 (ritorni periodicamente a possedere le stesse proprietà).
Ciclo termodinamico Per ottenere indefinitamente la conversione di calore in lavoro è necessario utilizzare un sistema termodinamico che operi ciclicamente (ritorni periodicamente a possedere le stesse proprietà).

7 Trasformazione isoterma
Ciclo termodinamico Trasformazione isoterma p A B v

8 Conversione ciclica completa
W. Thomson (1854): “è impossibile in un processo periodico ottenere come unico risultato quello di trasformare in lavoro il calore estratto da una sorgente termica”. Conversione ciclica completa

9 Conversione ciclica completa
SETA TA SEM SIST QA L SI

10 Necessità di un SET a bassa temperatura
QA SI SIST L SEM QA SETB TB

11 I principio della termodinamica II principio della termodinamica

12 Massimo lavoro ottenibile

13 Caso reale

14 Rendimento termodinamico
Parametro adimensionale che valuta il grado di conversione che un sistema è in grado di realizzare.

15 Rendimento termodinamico Limiti inferiori e superiori
Limite superiore Limite inferiore

16 Considerando un ciclo costituito da N trasformazioni si ha:
Caso generale Considerando un ciclo costituito da N trasformazioni si ha: S = numero di trasformazioni di somministrazione di calore C = numero di trasformazioni di cessione di calore A = numero di trasformazioni adiabatiche

17 Macchina di Carnot Si definisce Macchina di Carnot (M.C.) quella macchina (sistema ciclico di conversione) per il quale è P =0, ovvero siano nulle tutte le irreversibilità interne ed esterne.

18 Macchina di Carnot La M.C. riceverà energia termica dal SET a temperatura maggiore TA, secondo una trsformazione internamente reversibile tale da rendere nulle tutte le irreversibilità esterne, ossia secondo una trasf. Isoterma internamente reversibile a temperatura TA-dT. La M.C. cederà energia termica al SET a temperatura inferiore TB, secondo una trsformazione internamente reversibile tale da rendere nulle tutte le irreversibilità esterne, ossia secondo una trasf. Isoterma internamente reversibile a temperatura TB+dT.

19 Macchina di Carnot Le due trasformazioni che chiudono il ciclo, necessariamente adiabatiche (si hanno due soli SET e deve essere P =0), devono essere reversibili per definizione.

20 Rendimento della Macchina di Carnot
Il rendimento della M.C. è FUNZIONE DELLE SOLE TEMPERATURE TERMODINAMICHE dei SET e NON DIPENDE né dal fluido evolvente, né dalla posizione delle due adiabatiche internamente reversibili.

21 La Macchina di Carnot nei piani termodinamici
isoterma internamente reversibile s T v p 2 2 3 TA 3 adiabatica internamentereversibile adiabatica internamentereversibile dT 1 TB 4 1 4 isoterma internamente reversibile

22 Teorema di Carnot Il rendimento di una qualsiasi macchina ciclica che operi tra due SET a temperature assegnate è inferiore al rendimento di una M.C. che operi tra le stesse sorgenti La M.C. costituisce uno standard assoluto di confronto per la caratterizzazione dell’efficienza di conversione.

23 Ciclo di Carnot s T 1 2 3 4 TA TB DT

24 Ciclo di Carnot

25 Nel Ciclo di Carnot si hanno solo irreversibilità di tipo esterno

26 Aggiunta di irreversibilità interne nelle trasformazioni adiabatiche
1 2 3 4 TA TB

27 Aggiunta di irreversibilità interne nelle trasformazioni adiabatiche

28 Le irreversibilità sono sia interne che esterne

29 Ciclo arbitrario internamente reversibile
1 2 TA TB a b 3 4

30 Ciclo arbitrario internamente reversibile

31 Ciclo arbitrario irreversibile Il rendimento decresce ulteriormente

32 Rendimento di II legge Il rendimento h di una macchina termica fornisce solo l’idea dell’efficienza di conversione, mentre è importante capire anche di quanto si è lontani dall’idealità.

33 Lavoro perso Ricordando che: Si avrà