COS E L ENERGIA TERMICA

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Aloisio Carbone
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2 COS E L ENERGIA TERMICA L'energia termica è la forma di energia posseduta da qualsiasi corpo che abbia una temperatura superiore allo zero assoluto. E la fonte di energia di gran lunga più utilizzata dall'uomo e una delle più diffuse in natura: qualsiasi azione fisica produce energia termica e anche moltissime reazioni chimiche. L'energia termica si manifesta a livello delle molecole sotto forma di "energia vibrazionale", ovvero le molecole vibrano in modo microscopico diffondendo la propria vibrazione a quelle vicine. L'energia termica si sviluppa in tutte le reazioni esotermiche, la più comune delle quali è la combustione. Con la combustione si libera energia chimica (ad esempio ossigeno e metano) producendo composti a bassa energia chimica (anidride carbonica e acqua), la differenza viene dissipata sotto forma di calore.

3 COME SI PROPAGA L ENERGIA TERMICA Può essere rilasciata o acquisita da un qualsiasi sistema avente temperatura diversa rispetto a quella del suo immediato intorno, sia esso dello stesso stato fisico, possiamo avere tre diverse tipologie di scambio termico: Conduzione. Per conduzione si verifica il passaggio di energia termica tra sistemi solidi o al loro interno. Convezione. Per convezione si verifica il passaggio di energia termica tra sistemi fluidi. Irraggiamento. Per irraggiamento di verifica il passaggio di energia termica attraverso emissione di onde elettromagnetiche luminose ed infrarosse. L energia termica del sole arriva sulla terra per effetto di irraggiamento.

4 FONTI L'energia termica può essere prodotta in grande quantità semplicemente attraverso le reazioni chimiche di combustione, oppure per mezzo di reazioni nucleari, o anche attraverso il passaggio di corrente elettrica attraverso un filo a bassa resistenza, come avviene nelle stufe elettriche e in tutti gli elettrodomestici che riscaldano l'ambiente (lavatrice, forno elettrico, ecc). Due sono le fonti naturali di energia termica: il Sole e il sottosuolo.

5 APPLICAZIONI Le applicazioni dell'energia termica sono dunque sostanzialmente: nel riscaldamento e cottura dei cibi una volta prodotta da fonti di energia; nella produzione di energia meccanica e energia elettrica dopo averla appositamente convertita;

6 RISCALDAMENTO NELLE CASE I sistemi di riscaldamento tradizionali sono realizzati principalmente usando il principio della convezione. Il sistema è composto da una caldaia che brucia generalmente a gas metano ad una temperatura intorno ai 1500 gradi centigradi. L acqua a questo punto raggiunge una temperatura che, generalmente, si attesta sui 70 gradi. Da qui la pompa della caldaia spinge il liquido caldo verso il collettore (o i collettori nel caso di impianto a più zone), da dove vengono distribuite a stella le tubazioni di andata e ritorno sui vari ambienti. A questo punto nei locali si possono ottenere due soluzioni classiche: termosifoni (ghisa o acciaio) o termoconvettori.

7 FORNELLI A GAS

FORNELLI A INDUZIONE Il fornello ad induzione è costituito da una bobina entro cui viene fatta scorrere una corrente elettrica alternata o comunque variabile nel tempo.

8 FORNELLI A INDUZIONE Il fornello ad induzione è costituito da una bobina entro cui viene fatta scorrere una corrente elettrica alternata o comunque variabile nel tempo. La corrente che scorre nella bobina produce un campo magnetico variabile nel tempo al pari della corrente che lo genera. Per la legge di Faraday, una variazione del flusso del campo magnetico nel tempo produce una forza elettromotrice indotta. Questa forza elettromotrice dà luogo a correnti elettriche indotte, chiamate correnti parassite, che finiscono per circolare nel materiale dei recipienti disposti sul fornello e, per effetto Joule, dissipano energia sotto forma di calore provocando il riscaldamento.

9 CONVERSIONE IIN ENERGIA MECCANICA Riscaldando un gas a volume costante, aumenta l'energia cinetica media delle particelle che lo compongono, che così incrementano la pressione sulle pareti del recipiente che le contiene. Il gas ha acquisito energia potenziale ed è così in grado di espandersi e poter compiere un lavoro meccanico come avviene comunemente nelle macchine termiche. Nel caso il gas possa espandersi, compie un lavoro e così consuma parte dell'energia che ha acquisito, raffreddandosi.

10 CONVERSIONE IN ENERGIA ELETTRICA L'energia termica è anche quella più utilizzata per produrre energia elettrica, infatti tutte le centrali termoelettriche (carbone, petrolio, gas ma anche nucleari, quindi emissioni di gas serra) producono energia termica (sotto forma di vapore) che viene poi convertita in energia meccanica da una turbina e infine in energia elettrica da un generatore, ma anche nelle centrali geotermiche e nelle centrali solari.

11 CENTRALE TERMOELETTRICHE Una centrale termoelettrica è un impianto che usa il vapore e/o gas per la produzione di energia elettrica. Essa è divisa in più elementi essenziali: la caldaia, la turbina, l'alternatore, il bruciatore e l'impianto di raffreddamento. Prima di entrare nella caldaia, l'acqua di alimento subisce una fase di preriscaldamento. Il vapore surriscaldato può a questo punto essere utilizzato per l'espansione in turbina. L'espansione del vapore in turbina permette il trasferimento di potenza meccanica alle schiere di pale rotoriche. La coppia resistente necessaria a stabilizzare la rotazione del rotore è assorbita dall'alternatore. Tale coppia resistente viene convertita in energia elettrica.

12 svantaggi I residui della combustione dei combustibili generano una quantità elevata di prodotti inquinanti come i fumi, il particolato fine, gli ossidi di zolfo e azoto e gli idrocarburi aromatici, che possono essere dispersi nell'ambiente. Nei paesi meno sviluppati questo tipo di impianti sono spesso molto dannosi, poiché a causa del loro alto costo di costruzione, le strutture di depurazione dei fumi non vengono costruite e ciò le rende delle pericolose fonti di inquinamento.

ENERGIA GEOTRMICA L accumulo di calore nel sottosuolo più profondo è dovuto al calore del mantello terrestre che raggiunge la crosta terrestre attraverso il magma e le acque profonde (che sono anche

13 ENERGIA GEOTRMICA L accumulo di calore nel sottosuolo più profondo è dovuto al calore del mantello terrestre che raggiunge la crosta terrestre attraverso il magma e le acque profonde (che sono anche causa di fenomeni come le eruzioni vulcaniche, le sorgenti termali, i geyser o le fumarole) ; l accumulo di calore in superficie è principalmente dovuto al Sole. Questo calore naturale può essere sfruttato per generare energia geotermica.

14 ENERGIA TERMICA SOLARE Con il termine energia solare si intende la produzione di energia termica ed elettrica ottenuta sfruttando luce e calore presenti nei fotoni, particelle che compongono i raggi solari. L energia solare viene sfruttata, con due tipi di pannelli, per scopi diversi. Fotovoltaico Solare termico.

15 CONSUMI DI ENERGIA PER USI TERMICI Il dibattito pubblico tende a dare molto peso all energia elettrica e non considera adeguatamente l effettivo rilievo delle altre principali tipologie di consumo dell energia, sia civili che industriali, quella per gli usi termici (calore e freddo) e quella utilizzata nei trasporti.

17 CONSUMI FINALI DI ENERGIA TERMICA 2011 PER FONTI

18 CONSUMI FINALI DI ENERGIA TERMICA 2011 PER FONTI E SETTORI

19 TEMPERATURE DEI CONSUMI DI ENERGIA TERMICA DELL INDUSTRIA IN EUROPA

20 TEMPERATURE DEI CONSUMI DI ENERGIA TERMICA NEI SETTORI DELL INDUSTRIA IN EUROPA

21 CONSUMI DI ENERGIA TERMICA DA FONTI RINNOVABILI

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