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PubblicatoPerla Perrone Modificato 10 anni fa
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FISICA AMBIENTALE 1 Lezioni 5 – 6 Le macchine termiche
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Tipi di macchine termiche (ideali) :
TH= Tamb TC= Tamb Macchina T. convenzionale Macchina termica “fredda” TC= Tamb TH= Tamb Pompa di calore Frigorifero
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Win è lavoro sul sistema per estrarre calore da un
Frigorifero: TH= Tamb Win è lavoro sul sistema per estrarre calore da un serbatoio a bassa T e trasferirlo ad uno a T ambiente. Coefficiente di rendimento COP Energia richiesta Calore estratto
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COP = LA REFRIGERAZIONE Diagramma pH del ciclo di un frigorifero H1-H4
strozzatura Vapore saturo Punto critico Liquido saturo Diagramma pH del ciclo di un frigorifero COP = COOLING ACHIEVED WORK INPUT H1-H4 = H2-H1
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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)
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Paragone tra due sistemi di refrigerazione:
compressione del vapore e assorbimento 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
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Win è lavoro sul sistema per estrarre calore da un
Pompa di calore TC= Tamb Win è 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
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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
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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
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Bisogna guardare lo scopo
Second law efficiency: 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
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Riscaldamento domestico
Calore trasmesso alla casa variazione di H per la combustione del gas Second law efficiency: Lavoro utile 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.
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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.
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second law efficiency :
Possiamo riscrivere la second law efficiency : T0, p0 U V S Uf Vf Sf Temperatura dell’atmosfera Scambio di entropia sistema+ambiente “Lavoro perso”
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I prodotti di combustione si raffreddano TT0 e compiono lavoro:
EXERGIA PERSA NELLA COMBUSTIONE Tc, pc, Vc + Prodotti di combustione T Combustibile + Aria T0, p0, V1 Combustione adiabatica I prodotti di combustione si raffreddano TT0 e compiono lavoro: = C Exergia totale prima della combustione Energia persa
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Il lavoro perso diventa:
Tc = 2240 K Exergia persa nella combustione
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