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FISICA AMBIENTALE 1 Lezioni 5 – 6 Le macchine termiche.

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Presentazione sul tema: "FISICA AMBIENTALE 1 Lezioni 5 – 6 Le macchine termiche."— Transcript della presentazione:

1 FISICA AMBIENTALE 1 Lezioni 5 – 6 Le macchine termiche

2 Tipi di macchine termiche (ideali) : T C = T amb T H = T amb T C = T amb T H = T amb Macchina T. convenzionale Pompa di calore Frigorifero Macchina termica fredda

3 Frigorifero: Coefficiente di rendimento COP Energia richiesta Calore estratto T H = T amb W in è lavoro sul sistema per estrarre calore da un serbatoio a bassa T e trasferirlo ad uno a T ambiente.

4 Diagramma pH del ciclo di un frigorifero LA REFRIGERAZIONE COP = COOLING ACHIEVED WORK INPUT = H 2 -H 1 H 1 -H 4 strozzatura Vapore saturo Punto critico Liquido saturo

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

6 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 Evaporator Condenser Espansion value Low-pressure vapour High-pressure vapour Paragone tra due sistemi di refrigerazione: compressione del vapore e assorbimento

7 COP Pompa di calore T C = T amb W in è lavoro sul sistema per estrarre calore da un serbatoio a Tambiente e trasferirlo ad uno a temperatura più alta. Coefficiente di rendimento Q H = Q C +W in ; calore trasferito W in 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 C e H con le equazioni del trasporto. Si ottiene: con

9 Il lavoro eseguito diventa: Tale lavoro è nullo per = 0 e per = C. Per a, T C, T H costanti si trova il massimo di W rispetto a : Da cui lefficienza di una macchina termica reale: < C

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

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

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 : Scambio di entropia sistema+ambiente Lavoro perso Temperatura dellatmosfera U V SU f V f S f T 0, p 0

14 EXERGIA PERSA NELLA COMBUSTIONE T c, p c, V c + Prodotti di combustione T Combustibile + Aria T 0, p 0, V 1 Combustione adiabatica I prodotti di combustione si raffreddano T T 0 e compiono lavoro: Exergia totale prima della combustione = C Energia persa

15 Il lavoro perso diventa: T 0 = 300T c = 2240 K Exergia persa nella combustione


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