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

Evoluzione dell’uomo

Energie “naturali”

Le macchine termiche

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

(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).

Trasformazione isoterma Ciclo termodinamico Trasformazione isoterma p A B v

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

Conversione ciclica completa SETA TA SEM SIST QA L SI

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

I principio della termodinamica II principio della termodinamica

Massimo lavoro ottenibile

Caso reale

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

Rendimento termodinamico Limiti inferiori e superiori Limite superiore Limite inferiore

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

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.

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.

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.

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.

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

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.

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

Ciclo di Carnot

Nel Ciclo di Carnot si hanno solo irreversibilità di tipo esterno

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

Aggiunta di irreversibilità interne nelle trasformazioni adiabatiche

Le irreversibilità sono sia interne che esterne

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

Ciclo arbitrario internamente reversibile

Ciclo arbitrario irreversibile Il rendimento decresce ulteriormente

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.

Lavoro perso Ricordando che: Si avrà