CONTROO TRMICO DI SISTMI DI CACOO A.A. 2011/2012 U03 U.03 Secondo principio U.03 Secondo principio 1/13 SCONDO PRINCIPIO DA TRMODINAMICA U.03 Secondo principio 2/13 1
SCONDO PRINCIPIO DA TRMODINAMICA e trasormazioni avvengono spontaneamente in un solo verso (ad esempio, il lavoro si può convertire spontaneamente in calore, ma non viceversa). (Fonte: ÇNG, Termodinamica e trasmissione del calore) (Altro esempio: un sistema posto in un ambiente a temperatura ineriore cede spontaneamente calore all ambiente si raredda). U.03 Secondo principio 3/13 SORGNTI POZZI Serbatoi di energia termica (sorgenti o pozzi):sistemi capaci di scambiare energia termica senza variare la loro temperatura. (Fonte: ÇNG, Termodinamica e trasmissione del calore) Il mare, un lago, l atmosera si possono considerare pozzi o sorgenti. Il terreno spesso no, a causa della diicoltà di redistribuire il calore al suo interno. U.03 Secondo principio 4/13 2
MOTORI TRMICI ricevono calore (Q e ) da una sorgente ad alta temperatura Q e convertono parte di questo calore in lavoro () cedono il rimanente calore (Q u ) ad un pozzo a temperatura minore Q u lavorano utilizzando un luido (luido evolvente) unzionano secondo un ciclo (ÇNG, Termodinamica e trasmissione del calore) U.03 Secondo principio 5/13 SMPIO: MOTOR TRMICO A VAPOR Q e u e e u Q Q e Q u Per il primo principio, essendo ΔU 0 (sistema chiuso stazionario operante una trasormazione ciclica): Q u Q Q e Q u (Fonte: ÇNG, Termodinamica e trasmissione del calore) U.03 Secondo principio 6/13 3
RNDIMNTO TRMICO DI UN MOTOR Rendimento (eicienza) di un qualunque processo: eetto utile netto / risorse totali spese Rendimento (eicienza) di un motore termico: energia meccanica netta ottenuta / energia termica ornita η Qe Q Q Qu 1 0 η < 1 Q u t t Qe e e Tipo motore η t (circa) Accensione comandata (benzina, gas) 0.2 0.3 Accensione per compressione (diesel) 0.3 0.5 Turbogeneratori a gas 0.3 0.4 Turbogeneratori a vapore 0.2 0.5 U.03 Secondo principio 7/13 SCONDO PRINCIPIO DA TRMODINAMICA (secondo Kelvin-Planck) Per qualsiasi apparecchiatura che operi secondo un ciclo è impossibile ricevere calore da una sola sorgente e produrre una quantità di lavoro utile Nessun motore termico può avere rendimento del 100%. Un motore termico deve sempre scambiare calore sia con una sorgente,siaconunpozzo. MOTOR TRMICO e 100 kw & 100 kw u 0 (Fonte: ÇNG, Termodinamica e trasmissione del calore) U.03 Secondo principio 8/13 4
RNDIMNTO TRMICO DI DISPOSITIVI IN CASCATA Quando l input energetico di un processo costituisce l output energetico di un altro processo a monte, il rendimento complessivo dei processi in cascata è dato dal prodotto dei rendimenti dei singoli processi: out,n out,n in,n in,n in,n 1 η 1..N out,n 2 η η N in,n 2 N 1 η out,n in, 1 in,n 1 N 2... 2 out, 2... η η 1 in, 2 in, 3 out, 1 in, 1 in, 2 sempi: Rendimento dal pozzo alle ruote per un veicolo (rom well to wheel) Rendimento globale di un impianto termoidraulico U.03 Secondo principio 9/13 MACCHIN FRIGORIFR ambiente riscaldato Q c prelevano calore (Q ) da un serbatoio (o ambiente) reddo eetto etto utile assorbono lavoro netto () ambiente rerigerato Q (eetto utile) cedono calore (Q c ) ad un serbatoio (o ambiente) caldo lavorano utilizzando un luido (luido evolvente) unzionano secondo un ciclo U.03 Secondo principio 10/13 5
POMP DI CAOR ambiente riscaldato Q c Q ambiente rerigerato (eetto utile) prelevano calore (Q ) da un serbatoio (o ambiente) reddo assorbono lavoro netto () cedono calore (Q c ) ad un serbatoio (o ambiente) caldo eetto utile lavorano utilizzando un luido (luido evolvente) unzionano secondo un ciclo U.03 Secondo principio 11/13 SCONDO PRINCIPIO DA TRMODINAMICA (secondo Clausius) È impossibile realizzare una macchina con unzionamento ciclico il cui unico eetto sia il traserimento di una quantità di calore da un corpo a bassa temperatura ad un altro a temperatura maggiore ambiente riscaldato c 5kW 5kW ambiente rerigerato U.03 Secondo principio 12/13 6
COFFICINT DI PRSTAZION (COP) Rendimento (eicienza) di una macchina rigoriera: eetto utile netto / energia totale spesa Per una macchina i rigoriera: i COP F ( R) Q c Q Q Q Per una pompa di calore: Qc Qc COP PdC ( COP ) Q Q Operando tra i medesimi serbatoi reddo e caldo COP PdC COPF +1 c U.03 Secondo principio 13/13 7