Corso di Fisica Tecnica (ING-IND/11). 1 anno laurea specialistica in architettura: indirizzo città Docente: Antonio Carbonari

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1 Corso di Fisic cnic (ING-IND/). nno lur spcilistic in rchitttur: indirizzo città Docnt: Antonio Crbonri Cpitolo I Il sistm città l uso pproprito dll nrgi.. Introduzion Un insdimnto urbno è un sistm strmmnt complsso ch può ssr nlizzto d moltplici punti di vist. Dl punto di vist dll fisic tcnic qusto sistm è sd di trsformzioni ch hnno lo scopo di convrtir risors di vrio gnr in prstzioni connss ll funzioni urbn: bitr, spostrsi, lvorr, ricrrsi. L risors in qustion sono: sostnz, mtrili, smilvorti vri form di nrgi, pr trsformzion si intnd d smpio l convrsion dll nrgi chimic di un combustibil in un flusso trmico d somministrr d un mbint confinto, pr mntnr l tmprtur intrn dsidrt. Attulmnt è divntto di vitl importnz mssimizzr l fficinz con cui qust trsformzioni vvngono, in prticolr l convrsioni di un form di nrgi in un ltr, dl momnto ch l crisi dll cosistm globl impon limiti l consumo di fonti nrgtich non rinnovbili, ll missioni in tmosfr d ll produzion di rifiuti. Gli difici, i loro impinti di climtizzzion molti di mnuftti ch costituiscono l insdimnto (rti idrich, rti dl gs tc.) possono ssr considrti dl punto di vist trmodinmico di sistmi prti non isolti, ttrvrsti flussi di mtri d nrgi. Rltivmnt d ssi è possibil rdigr di bilnci, di mtri d nrgi, vlutr l fficinz con cui vvngono l convrsioni di un form di nrgi in un ltr. Di consgunz si pon il problm di dfinir i critri con cui vlutr l fficinz dll convrsioni nrgtich. Smbrrbb intuitivo ch un convrsion vvng in modo fficint qundo tutt l nrgi disponibil prim si ritrovi poi in ltr form dopo ch l convrsion è vvnut, vng così utilizzt. uttvi, in bs l primo principio dll trmodinmic, sppimo ch l nrgi, com ogni ltr cos in ntur, non si cr non si distrugg, m si consrv. Prtnto, utilizzndo il suddtto critrio, è difficil dir ch un quntità di nrgi vin sprct, mno ch ss non vng dirttmnt disprs nll mbint, com può vvnir nl cso di un prdit in un conduttur dl gs, o di un incndio. Comunqu, già pplicndo tl critrio, si not ch d smpio il clor di scrto, rilscito d un cntrl trmolttric nll mbint, h il spor dllo sprco, oltrché dll ltrzion o dnno mbintl. Il scondo principio dll trmodinmic ffrm invc ch non tutt l form di nrgi si quivlgono. C n sono di più prgit di mno prgit, in rgion dll fficinz con cui possono ssr convrtit in lvoro mccnico.

2 Il lvoro mccnico è l form di nrgi più prgit in qunto, oltr d ssr utilizzbil nll vri ttività umn, può ll occorrnz ssr convrtito intgrlmnt in clor, mntr il clor non può mi ssr convrtito intgrlmnt (d in modo ciclico) in lvoro. Qullo ch non si consrv nll trsformzioni rli è l qulità dll nrgi, l su trsformbilità in lvoro mccnico. L prdit di qulità connss d ogni trsformzion rl si è visto ssr rpprsntt dll umnto di ntropi dl sistm ch compi l trsformzion. Un misur dll qulità dll nrgi trmic, l più immdit, è dt dll su tmprtur. M si è visto nch ch non bst l tmprtur lt di un sorgnt pr grntir un lvto rndimnto nll convrsion in lvoro, è ncssrio nch ch sist un sorgnt frdd cui cdr il clor di scrto. Inoltr, nl cso di sistmi prti, influiscono nch ltr grndzz di stto quli prssion volum spcifico. Un grndzz ch, tnndo conto di tutt l vribili suddtt, fornisc in modo più stto, d in rifrimnto d un sistm prto, un misur dll qulità dll nrgi, è l xrgi, il cui significto è illustrto ni succssivi prgrfi. Nl vlutr l fficinz con cui vvngono l convrsioni dll nrgi, l grndzz d tnr d occhio è dunqu l xrgi, gli sprchi d vitr sono qui fnomni di dgrdo rpprsntti d riduzioni dl vlor di tl grndzz. Un mtodo di nlisi nrgtic ormi mpimnt condiviso è qullo ch consist nl prtir dgli usi finli dll nrgi connssi ll funzioni insdit (riscldr mbinti, rffrscrli, illuminrli, muovr scnsori ), clssificrli in bs ll qulità dll nrgi ncssri soddisfrli, vrificr, rltivmnt d ogni utilizzo, s l form di nrgi ffttivmnt impigt è dgut o s invc si trov d ssr dgrdt in qunto di qulità suprior qull ncssri. ipicmnt è uno sprco utilizzr nrgi d lt tmprtur, qul qull fornit dll combustion, o l nrgi lttric pr il riscldmnto di mbinti; utilizzo pr il qul srbb sufficint clor bss tmprtur. In qusti csi l xrgi richist è molto minor di qull impigt d il rndimnto xrgtico è molto bsso. Lo scopo dll nlisi è ovvimnt qullo di individur gli sprchi pr poi liminrli, in modo d minimizzr l utilizzo di fonti nrgtich non rinnovbili, d il consgunt imptto mbintl, m srbb gulmnt uno sprco utilizzr d smpio nrgi lttric di origin fotovoltic pr riscldr mbinti. Gli usi finli dll nrgi vngono normlmnt clssificti in usi :: - bss tmprtur (sotto gli 80 C), quli il riscldmnto di cqu snitri d mbinti, - mdi tmprtur (50-50 C), richist d procssi produttivi, strilizzzioni, cottur di cibi, - d lt tmprtur (sui C) utilizzbil pr produrr lvoro mccnico, il lvoro mccnico stsso l nrgi lttric sono scritti qust ultim ctgori. Nl bilncio nrgtico nzionl itlino gli usi finli bss tmprtur non sono fftto trscurbili d un punto di vist quntittivo, ll inizio dgli nni ottnt dllo scorso scolo ssi costituivno circ il 3% dl totl. Più sttmnt i soli usi finli cosiddtti domstici, pr l qusi totlità bss tmprtur, costituivno un circ qurto dll domnd totl di nrgi primri, d ssi ndvno ggiunti gli usi trziri d industrili smpr bss tmprtur. L nlisi ch prt dgli usi finli è un pproccio sttmnt contrrio qullo ch vin utilizzto qundo ci si pon smplicmnt il problm di sostituir un font nrgtic con un ltr, d

3 smpio il ptrolio con l nrgi lttric di origin nuclr. In qusto cso, dopo vr riscontrto ch l form di nrgi ottnut è prgit, si crc di dgurl tutti gli usi finli, dgrdndol nll mggior prt di csi. È bn prcisr ch l dgumnto dll form di nrgi disponibili gli utilizzi finli più idoni è dtto rzionlizzzion, d il suo scopo è l consrvzion dll qulità dll nrgi, ch si trduc gnrlmnt in un minor domnd di nrgi primri in prticolr d fonti non rinnovbili / di nrgi primri, ovvro così com fornit dl combustibil, suo potr clorifico. Con il trmin risprmio si intnd invc un comprssion dgli usi finli, com: ridurr l tmprtur intrn dgli difici, utilizzr mno cqu cld, spostrsi di mno. Nl trmin risprmio è insit l id di scrificio, di rllntmnto dll conomi.. Richimi di trmodinmic. L xrgi Studindo il scondo principio dll trmodinmic si è visto com in tutti i procssi nturli si vrifichi un dgrdo dll nrgi, dgrdo ch vin quntificto dll umnto di ntropi di sistmi coinvolti. Concrtmnt qusto dgrdo comport un diminuzion dll trsformbilità dll nrgi trmic in lvoro mccnico. Pr qusto l trsformzioni rli sono irrvrsibili: un volt ch un ciclo motor h convrtito nrgi trmic d lt tmprtur in nrgi mccnic d nrgi trmic tmprtur più bss (clor di scrto), non si può riprcorrr l trsformzion in snso invrso riottnr l stss quntità di nrgi trmic ll stss tmprtur d cui si r prtiti. L principli cus di irrvrsibilità sono costituit dgli ttriti dgli scmbi trmici ch vvngono sotto l fftto di diffrnz di tmprtur non infinitsim. Nll nlisi dll trsformzioni ch vvngono ntro sistmi nrgtici complssi è prticolrmnt util introdurr un nuov grndzz ch rpprsnti ppunto l ntità dl lvoro mccnico ottnibil d un dt quntità di nrgi, ch srv misurrl Si trtt dll funzion trmodinmic dnomint xrgi. In ogni procsso nturl, irrvrsibil il suo vlor tndrà diminuir. Q r Q k k n m i i n m i i L u Figur.

4 In rifrimnto d un sistm con dflusso ss è dfinibil nliticmnt nl modo di sguito dscritto. Si considri un sistm trmodinmico com qullo schmtizzto in figur, sso opr in rgim stzionrio, è prcorso d n corrnti di fluidi indipndnti ognuno con portt m& i, scmbi clor con r sorgnti oltrché con l mbint. L condizioni dl fluido i-simo in ntrt d in uscit sono dfinit rispttivmnt d: ntlpi h i, h iu ntropi s i, s iu ω i ω nrgi cintic iu, nrgi potnzil risptto d un quot di rifrimnto gz i, gz iu Contmpornmnt il sistm scmbi l potnz trmic Q con l mbint tmprtur, l potnz Q, Q, Q 3 Q r con l sorgnti tmprtur,, 3 r. Il sistm scmbi nch globlmnt l potnz mccnic L con l mbint. Prtnto in bs l primo principio dll trmodinmic si può scrivr il sgunt bilncio di nrgi dl sistm prto in sm: ω r n n + ( ) + + n iu i Qk m i hiu hi m i mi g ( ziu zi) + k i i i Q ω mntr in bs l scondo principio si può scrivr il sgunt bilncio di ntropi: L [W] () n i r Q Q k ( siu si ) + + S irr k k mi [W/K]; () in cui il trmin irr rpprsnt l vrizion di ntropi dl sistm dovut i fnomni di irrvrsibilità, o mglio, ssndo l quzion scritt in trmini di potnz (tutti i trmini risultno d un division pr l intrvllo di tmpo), rpprsnt l vrizion di ntropi nll unità di tmpo, l vlocità di vrizion dll ntropi. S Moltiplicndo mbo i mmbri dll () pr sommndol mmbro mmbro ll () si ottin dpprim: n r mi ( s ) iu si + Q + i k k Q Q + r k Qk k + S irr n i ω n n iu i i ( h ) iu hi + mi + mi g ( ziu zi ) i i m ω + L quindi:

5 L + n i r k mi Qk + k ω ω n n i iu ( hi hiu ( si siu )) + mi + mi g ( zi ziu ) S irr i i (3) in ssnz di fftti dissiptivi, rpprsntti dl trmin S irr, l (3) consnt di clcolr l potnz mccnic mssim ottnibil di flussi trmici scmbiti dll diffrnz tr l condizioni di ingrsso d uscit di fluidi.. Exrgi di un quntità di clor d xrgi di un sistm Si ipotizzi pr smplicità ch il sistm soprdscritto scmbi clor con un sol sorgnt tmprtur, oltrché con l mbint, ch si ttrvrsto d un sol corrnt fluid. Rifrndo il bilncio ll unità di portt mssic dl fluido in trnsito, dividndo cioè pr l unic portt m l prcdnt quzion, si vrà ch il lvoro util spcifico ottnibil srà: l q + h hu ω ω u ( s su ) + + g ( z zu ) sirr (4) Fcndo un confronto con l quzion dl primo principio si not ch qui, mntr l vrizioni di nrgi cintic potnzil sono considrt pr intro, non vngono cioè pnlizzt, l quntità di clor q scmbito con l sorgnt vin ridott dll moltipliczion pr un quntità minor di uno, l vrizion di ntlpi ( h h ) vin diminuit dll sottrzion dl trmin ( s s ) u, ch rpprsnt un quntità di clor. Pr nlizzr il significto di qust du pnlizzzioni si ssum ch il procsso si rvrsibil, prtnto s 0, si considrino sprtmnt i du sgunti csi. irr cso: il procsso si ciclico, dunqu i vlori di tutti i prmtri trmodinmici non vrino tr ingrsso uscit: h 0, s 0, E 0, 0 c u E, p l (4) si riduc : l (5) q l unico trmin ch compr l scondo mmbro dll (5) è dtto xrgi dll quntità di clor scmbit q disponibil ll tmprtur. Ess è dfinibil com il lvoro mssimo ottnibil d un mcchin ch rlizz un ciclo rvrsibil dirtto com il ciclo di Crnot, o com il lvoro minimo ch si può spndr in un ciclo invrso, smpr rvrsibil, i quli cicli scmbino l quntità di clor q con un sorgnt tmprtur oltrchè con l mbint tmprtur. Il trmin è dtto fttor di Crnot

6 S l (5) fornisc il vlor dll xrgi, l quntità q ch vin sottrtt q è dtt nrgi rpprsnt l quntità di clor ch non si trsform in lvoro. cso: nl procsso vi è scmbio di clor soltnto con l mbint tmprtur pr cui q 0. L (4) si riduc : ω ω u l h hu ( s su ) + + g ( z zu ) (6) s si scludono l vrizioni di nrgi cintic potnzil il scondo mmbro si riduc ll vrizion dll funzion h s ch è dtt xrgi di sistm. Il suo vlor è dfinito risptto d uno stto nutro in cui il sistm è in quilibrio trmodinmico con il suo mbint strno, ovvro ll stss tmprtur prssion di qusto. In tl stto di rifrimnto l xrgi di sistm è null. Dtti h d s i vlori di ntlpi d ntropi spcifich dl sistm in tl stto di rifrimnto, l xrgi di un sistm con dflusso in uno stto gnrico divrso d qullo di rifrimnto srà: ( s s ) h h (7) rpprsnt il lvoro mssimo ottnibil o il lvoro minimo spndibil fcndo pssr il sistm dllo stto gnrico in cui si trov llo stto nutro mdint un procsso continuo, con dflusso, rvrsibil, in cui il sistm scmbi clor soltnto con l mbint tmprtur. Esso è il lvoro prodotto dll vrizion dllo stto trmodinmico dl sistm, di suoi prmtri di stto, in prticolr: tmprtur, prssion volum. Si prl ovvimnt di lvoro ottnibil s l dl sistm è mggior di di lvoro spndibil in cso contrrio. S llor il lvoro in qustion è nullo. Si ipotizzi d smpio ch il sistm si trovi in uno stto gnrico tmprtur > d prssion p p. Com rpprsntto in figur. pr portr il sistm dllo stto llo stto nutro si può d smpio sguir l isontropic - quindi l isotrm rvrsibil -. pr il primo principio si vrà rispttivmnt nll du trsformzioni: q 0 h h + l ( s s ) h h + l q sommndo mmbro mmbro ricordndo ch s s (isontropic) si ottin l l ( s s ) h h ( s s ) + l h h + l stss vlutzion può ssr condott sminndo un trsformzion isobr rvrsibil ll prssion p dllo stto llo stto nutro.

7 Lungo tl trsformzion il fluido cdrà istnt pr istnt l quntità infinitsim di clor dq d un tmprtur, comprs tr, d un sistm ch opr scondo un ciclo di Crnot tr l tmprtur. Pr ogni ciclo di Crnot infinitsimo si potrà scrivr: d intgrndo tr gli stti d : dl dq l dq dq (8) trttndosi di un trsformzion isobr di un sistm con dflusso, il lvoro util srà nullo dll quzion dl primo principio si vrà: h h dq q ricordndo ch ds dq si vrà, sostitundo nll (8): l h h ( s s ) ovvro l stss sprssion ottnut con il prcdnt procdimnto. p Exrgi Anrgi B C s S s Figur.

8 Nl digrmm di Figur l r BC rpprsnt il clor totl q cduto dl fluido durnt l trsformzion isobr rvrsibil, l r l di sopr dll isotrm rpprsnt l xrgi, ovvro l prt di sso trsformbil in lvoro, mntr l r BC l di sotto dll isotrm rpprsnt l nrgi.. Enrgi d xrgi ornndo ll quzion dl primo principio rifrit ll unità di portt mssic dl fluido ch ttrvrs un sistm prto q h ω h + l + ω + g ( z z ) (9) È vidnt l somiglinz forml con l quzion dll xrgi (4), nll stss ipotsi smplifictiv: unic corrnt fluid scmbio con un sol sorgnt oltrchè con l mbint. Indicndo con gli stti trmodinmici nll szioni di ingrsso d uscit tnndo conto dll dfinizion dll xrgi (7), l (4) può ssr scritt nll sgunt form (portndo q l primo mmbro): q ω + l + + g ω ( z z ) + sirr (0) Mntr il primo principio stbilisc l guglinz mtrologic tr l vri form di nrgi, in tl cso clor lvoro, qust ultim quzion stbilisc l guglinz oprtiv tr l vri form di nrgi sull bs dl scondo principio. Si trtt di un guglinz tr l rispttiv quntità di xrgi. Nll (0) com nll (9) compiono il lvoro mccnico, l nrgi cintic potnzil, ch costituiscono xrgi pur, m l posto dll quntità di clor q scmbit con l unic sorgnt compr il trmin q, ch rpprsnt l frzion di q trsformbil in nrgi mccnic mdint il fttor di Crnot, dunqu l xrgi di q, d l posto dll vrizion di ntlpi h compr l vrizion di xrgi di sistm : h s h ( s ) h s ch rpprsnt l xrgi di h, ovvro il lvoro mccnico ottnibil dll vrizion ntlpic dl sistm (dll unità di mss flunt) dll vrizion dllo stto trmodinmico di sso, rpprsntto in prticolr dll grndzz prssion, volum tmprtur (vdsi dfinizion di ntlpi). Mntr l quzion dl primo principio ffrm l consrvzion dll nrgi, l (0) ffrm ch in tutti i procssi nturli, ni quli non è liminbil il trmin sirr ch rpprsnt i fnomni di irrvrsibilità, vi è smpr un prdit di xrgi o un su trsformzion in nrgi, prdit ch fornisc un misur dl dgrdo dll nrgi, dll riduzion dll su trsformbilità in lvoro mccnico.

9 Dl punto di vist xrgtico il primo d il scondo principio dll trmodinmic possono ssr riformulti com sgu: o principio: in ogni procsso l somm dll xrgi dll nrgi rst costnt, o principio: in ogni procsso rvrsibil l xrgi rst costnt, mntr in ogni procsso irrvrsibil un prt dll xrgi si trsform in nrgi, qust ultim non può ssr convrtit in xrgi..3 Rndimnto xrgtico di procssi Nll nlisi di procssi è util introdurr, i fini dll vlutzion dll loro fficinz, il rndimnto xrgtico. Esso è dfinito com il rpporto tr l xrgi ottnut l xrgi sps: η x ottnut sps è util nch vlutr l prdit di xrgi, dfinit com diffrnz tr xrgi sps d xrgi ottnut: sps ottnut Si considrino d smpio i sgunti csi lmntri. P P A B A B s Figur 3. Espnsion dibtic di un gs A) spnsion dibtic di un gs dll prssion p ll prssion p d >., si trscurino l vrizioni di nrgi cintic potnzil. Ricordimo ch il rndimnto

10 isontropico è il rpporto tr il lvoro ottnuto nll spnsion rl irrvrsibil d il lvoro ottnibil in condizioni idli nll spnsion rvrsibil (ch srbb nch lrl h h isontropic): η i. L r A B rpprsnt l prdit, l diffrnz tr L h h idl ' dnomintor numrtor nl prcdnt rpporto, ovvro l prt dll vrizion di ntlpi (h -h ) ch non si trsform in lvoro cus di fnomni di irrvrsibilità (tl quntità è dtt nch clor di irrvrsibilità ). M qust quntità in rltà non è compltmnt prs, potrbb succssivmnt ssr trsformt in lvoro mdint un ciclo di Crnot ch opri tr l tmprtur. Pr l spnsion dibtic l quzion dll xrgi è l sirr Ed il rndimnto xrgtico dl procsso rl d è l h h dto d η x mntr l prdit di xrgi srà: ( h h ) ( s s ) dunqu h h ( s s ). L vr prdit di xrgi, l nrgi ch non si trsform in lvoro in qunto tmprtur infrior o ugul qull dll mbint, è rpprsntt dl trmin ( s s ), ch corrispond ll r AA B B nl grfico. Il rndimnto xrgtico risult ssr mggior dl rndimnto isontropico, proprio prché in sso l nrgi considrt prs non è tutt qull ch non si trsform in lvoro cus dll irrvirsibilità, m solo un prt di ss, qull disponibil d un tmprtur infrior qull mbintl (ch si ssum ssr l più bss disponibil). Figur 4. B) Scmbi di clor. Lo scmbitor di clor schmtizzto in figur 4 è dibtico vrso l strno, in sso il clor è trsfrito d un fluido d un fluido, ntrmb l tmprtur sono ssunt com costnti mggiori di. si puo immginr lo scmbitor com un sistm vnt un flusso di xrgi ntrnt pri E Q d un flusso di xrgi uscnt pri E Q.

11 Non ssndovi scmbio di lvoro L 0, n vrizioni di nrgi cintic potnzil, l quzion dll xrgi scritt in trmini di potnz (3) si riduc : E E S irr L Q Q S irr 0, d qust quzion si vd ch il trmin irr, ch rpprsnt l produzion di ntropi d irrvrsibilità (dovut cioè llo scmbio trmico con t finito) è pri ll diffrnz di xrgi tr i du fluidi, o, nl cso di un solo fluido ch ntr d sc, ll vrizion di xrgi di qusto. S 0 Si vrnno quindi: rndimnto xrgtico: η x prdit di xrgi: E E E Q Q Q Si noti ch, s lo scmbio trmico foss rvrsibil, ovvro s vvniss pr fftto di un diffrnz di tmprtur infinitsim, llor srbbro prticmnt uguli, in tl cso srbbro uguli nch d, il rndimnto xrgtico vrbb vlor unitrio, l trsformzion srbb rvrsibil, gli fftti dissiptivi nulli ( S irr 0 )..4 Rndimnto xrgtico di lcun convrsioni di nrgi ch rigurdno l città Si riportno lcuni smpi di clcolo dl rndimnto xrgtico di trsformzioni ch rigurdno gli insdimnti urbni, l fin di vidnzir il dgrdo nrgtico ch si vrific ngli usi impropri..4. Produzion di nrgi lttric. Si considri un ciclo Rnkin vpor surriscldto pr l produzion di nrgi lttric. S si smin il ciclo trmodinmico in sé si ossrv ch il fluido ch lo prcorr: - scmbi l quntità di clor Q con i fumi dl combustibil nl gnrtor di vpor, - cd ll mbint strno l quntità di clor Q nl condnstor, - spndndosi nll turbin cd ll mbint il lvoro mccnico L ch muovrà l ltrntor, - ricv un quntità di lvoro dll mbint nll pomp di circolzion. A prim vist, prscindndo dll irrvrsibilità, il rndimnto xrgtico potrbb risultr qusi unitrio, prché: il lvoro prodotto è xrgi pur, il clor di scrto è considrbil prssoché totlmnt nrgi, in qunto tmprtur prossim qull dll mbint, l xrgi dl clor ssorbito è pri l lvoro prodotto

12 η x ottnut sps L Q L L M s considrimo l intro procsso dll somministrzion di combustibil ll produzion di lvoro in turbin, com schmtizzto in figur 5, l cos cmbino. Figur 5. Schmtizzzion di un impinto ciclo Rnkin vpor surriscldto (font[]). Innnzitutto pr produrr il vpor surriscldto circ 500 C, non bst fornir clor tl tmprtur, prché lo scmbio trmico non è rvrsibil, non vvin pr fftto di un diffrnz di tmprtur infinitsim. Bisogn prtnto brucir dl combustibil d un tmprtur bn suprior i 500 C lo scmbio trmico vvrrà nl gnrtor di vpor tr i fumi di combustion d il fluido ch prcorr il ciclo (cqu) dpprim in fs liquid, poi in fs di vpor sturo umido, poi scco, infin surriscldto. Dunqu, prtndo dll xrgi dl combustibil, ch si può fr coincidr con il suo potr clorifico infrior H i, si incontr dpprim un irrvrsibilità connss ll combustion, quindi un irrvrsibilità connss llo scmbio trmico sotto l fftto di un diffrnz di tmprtur finit. Qust costituiscono l principli pnlizzzioni dl rndimnto xrgtico dl procsso L figur 6 riport gli ndmnti di flussi di xrgi di nrgi scondo l rpprsntzion di Snky. L prdit di xrgi connss ll combustion dibtic sono rilvnti (3,% dll xrgi dl combustibil) cus innnzitutto dll irrvrsibilità di tipo chimico (disquilibrio chimico di rgnti in miscl), pur ssumndo ch l combustion si complt (nint prdit d incombusti). L prdit rltiv di xrgi, rifrit ll xrgi spcific inizil dl combustibil c, è dt d: c m f f Π c

13 Figur 6 (font[]).

14 dov m f f rpprsnt l xrgi dll mss di fumi prodott dll combustion complt dll unità di mss dl combustibil ll tmprtur di combustion dibtic t f. Dl punto di vist nrgtico invc tl procsso di combustion può ssr considrto snt d prdit, in qunto dibtico vrso l strno. Lo scmbio trmico tr i fumi di combustion l cqu, o il vpor sturo umido, nl gnrtor di vpor, è ssunto nch sso com dibtico vrso l mbint strno. Prtnto l prdit di nrgi è minim. L prdit di xrgi dovut ll lvt diffrnz di tmprtur tr i du fluidi è invc rilvnt (9,7%) può ssr così clcolt Π ( ) m ( ) mf f f v c Dov m f m v rpprsntno smpr l portt di fumi di vpor rltiv ll unità di mss dl combustibil, mntr d sono i vlori dll xrgi spcific dl fluido volvnt (cqu) ll ingrsso d ll uscit dll cldi (gnrtor di vpor), d f è l xrgi spcific di fumi ll uscit dll cldi (vdsi fig. 5). Nllo scrico di fumi l cmino l prdit di xrgi è costituit dl contnuto xrgtico di fumi. Smpr in trmini rltivi ll xrgi dl combustibil risult ssr: Π 3 m f f c trttndosi di nrgi di bss qulità, l prdit xrgtic è mno rilvnt dll prdit in trmini di nrgi, ch è dt d: mv ( h f h0 f ) Ψ3 H Nll spnsion non isontropic dl vpor in turbin, l prdit nrgtich, ipotizzndo l prftt dibticità dl procsso, sono null, m l prdit di xrgi dovut ll irrvrsibilità è così clcolbil. mv [( 3 ) ( h h3 )] mv [ ( s3 s )] Π 4 visto ch il trmin ( h h 3 ) rpprsnt il lvoro util strno. c Nllo scmbio trmico l condnstor il clor di condnszion è intrmnt rivrsto nll mbint, qui si not l più rilvnt diffrnz quntittiv tr il bilncio xrgtico qullo nrgtico: l vrizion di xrgi corrispond l totl contnuto xrgtico dl vpor condnsnt: mv ( 3 ) Π 5 mntr l prdit di nrgi risult ssr: c i c

15 Ψ 5 ( h h ) mv 3 H i com si può ossrvr in figur dl punto di vist nrgtico qust prdit è l più rilvnt (più di du trzi dl potr clorifico dl combustibil) m dl punto di vist xrgtico cont molto mno prché si trtt di nrgi di scrs qulità, in qunto già molto dgrdt nll trsformzioni prcdnti, ch l hnno portt d un tmprtur molto prossim qull dll mbint strno. V dtto ch dl punto di vist prtico il rilscio di clor di scrto nll mbint d prt dl condnstor comport prticmnt smpr fnomni di inquinmnto trmico, mno ch non sino ssunti prticolri ccorgimnti. Qusto prché un diffrnz di tmprtur finit sist (ltrimnti non si riuscirbb rlizzr lo scmbio trmico), gli cosistmi coinvolti sono spsso snsibili vrizioni nch pprntmnt modst di tmprtur (dll ordin dl grdo o dl mzzo grdo cntigrdo). Nl bilncio illustrto non si sono considrti: l nrgi mccnic ncssri l pompggio, l prdit mccnich in turbin il rndimnto dl gnrtor lttrico d il consumo dll pprcchitur usiliri dll cntrl (utoconsumo dll stss). utt voci ch pnlizzno i rndimnti nrgtico d xrgtico dl procsso. Entrmbi i rndimnti così clcolti si ggirno su vlori dl 30%, qusto dovrbb chirir l id di qunto l nrgi lttric si un form prgit di nrgi..4. Riscldmnto di mbinti con combustibil convnzionl. Si è già visto com gli scmbi trmici ch vvngono sotto l fftto di un diffrnz di tmprtur finit comportino un produzion di ntropi ch pnlizz l xrgi di sistmi trmodinmici coinvolti. l pnlizzzion è tnto mggior qunto mggior è l diffrnz di tmprtur, in qusto cso l diffrnz tr l tmprtur richist dll uso finl qull dll sorgnt trmic impigt. Nl cso di riscldmnto d cqu (impinti trmosifon) l tmprtur cui dv ssr portt l cqu è di circ 80 C (353,5 K), mntr l tmprtur fornit in cldi di prodotti dll combustion di un combustibil fossil è dll ordin di 900 C (73,5 K), si può ssumr pprossimtivmnt ch lo scmbio vvng tr du fluidi tmprtur costnt di C (348,5 K), ssndo qust ultim l tmprtur intrmdi dll cqu in cldi, ch ntr 70 C (tmprtur di ritorno di rditori) d sc d 80 C. Prtnto (vdsi prgrfo.3 l punto B) il rndimnto xrgtico srà: η x 93, 5 348, 5 93, 5 73, 5 0,579 0, 0,750 com si vd qusto rndimnto è bbstnz divrso dl rndimnto purmnt nrgtico dll cldi ch normlmnt supr il vlor di 0,85.

16 .4.3 Riscldmnto di mbinti con clor rcuprto. S invc si risc svolgr l stss oprzion, scldr l cqu dl circuito domstico trmosifon sfruttndo il clor di scrto di un ltro procsso, qul d smpio qullo pr l produzion di nrgi lttric prim visto, il rndimnto xrgtico cmbi snsibilmnt. In gnr il clor di scrto in qustion può ssr rso disponibil ll utnz domstich sotto form di cqu surriscldt circ 50 C, o nch mno, prtnto il rndimnto xrgtico divnt: η x 93, 5 348,5 93, 5 43, 5 0,579 0,307 0,539 com si vd il dgrdo nrgtico è dovuto smplicmnt ll irrvrsibilità dllo scmbio trmico, ch vvin pr fftto di un diffrnz di tmprtur non infinitsim. Il rndimnto umntrbb con l pprossimrsi dll tmprtur dl clor rcuprto qull di utilizzo, m qui bisogn fr i conti con i problmi rlizztivi, connssi l trsporto dl fluido vttor (con l rltiv disprsioni trmich), l dimnsioni dgli scmbitori ch umntno con il ridursi dll diffrnz di tmprtur. M nch nl cso illustrto il vntggio, risptto ll cldi trdizionl, è snsibil; nch dl punto di vist nrgtico, prché l quntità di nrgi utilizzt srbb ltrimnti prs, rilscit nll mbint, con l rltiv consgunz. Dl punto di vist dll impinto domstico vin vitto l utilizzo di combustibili convnzionli, l rltiv consgunz mbintli. Ovvimnt d un punto di vist prtico l nrgi rcuprt non è grtuit, prché richid l rlizzzion di un pposito impinto (rt di tlriscldmnto, modifich dll cntrl lttric), d lmno con l tcnologi più diffus pnlizz l produzion lttric..4.4 Riscldmnto lttrico di mbinti. Com nzidtto, dl punto di vist dgli usi finli, l nrgi lttric è ssimilt l clor d lt tmprtur, si prché l su produzion pr vi trmolttric, ttulmnt dominnt, richid lt tmprtur, si prché con l nrgi lttric si possono ottnr lvoro mccnico d lt tmprtur di utilizzo, si pnsi i forni mtllurgici (sui 00 C) od i filmnti dll lmpd (sui 500 C). Prtnto lo stsso dgrdo nrgtico ch si è visto nl cso dll utilizzo di combustibili si vrific nch nl cso di impigo di nrgi lttric pr riscldmnto domstico. Ipotizzndo ch lo scmbio trmico vvng ll intrno di un vntilconvttor tr un rsistnz lttric ll tmprtur di 500 C (773,5 K) l ri d un tmprtur intrmdi tr ingrsso d uscit di 30 C (303,5 K) il rndimnto xrgtico dllo scmbio trmico srà: η x 93, 5 303,5 93, 5 773, 5 0,03 0,084 0,379

17 dunqu un vlor infrior ll 0%, ovvro un prssoché totl dgrdo dll nrgi. È bn ricordr ch il corrispondnt rndimnto nrgtico è invc qusi unitrio, prché l rsistnz lttric cd unicmnt ll ri il suo clor, non ci sono prdit l cmino o vrso ltr sorgnti. S poi considrimo l intro procsso ch comprnd nch l produzion di nrgi lttric il cui rndimnto nrgtico si è visto ssr dl 30% circ, llor il rndimnto totl srà: η x 0,30,084 0,05 È vidnt lo sprco connsso qusto utilizzo dll nrgi lttric, ch può trovr giustificzion solo in csi molto prticolri, in cui si impossibil provvdr in ltro modo Bibliogrfi [] Cvllini, L. Mttrolo, rmodinmic Applict, CLEUP. Pdov (99). Cpitoli V (cpitolo con unico digr. Di Snky). [] Commonr Brry. L povrtà dl potr, crisi mbintl, crisi nrgtic, crisi conomic: tr sptti di un'unic crisi.. Milno : Grznti (976). 307 p. rduzion di: h povrty of powr di E. Vinss d Rgny.. - BNI I [] Commonr Brry. L politic dll'nrgi. Milno. Grznti (980). 35 p. rduzion di: h politics of nrgy di Domnico Grlli.. - BNI I 8-89

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