Esercizio Macchine Termiche
Voglio utilizzare un compressore volumetrico rotativo per comprimere un fluido di lavoro allo stato gassoso, collegato in serie ad un alternatore. Vediamo cosa succede dall'esercizio. Il rendimento isoentropico del compressore è di 0,8. Mentre il rendimento dell'alternatore è di 0,9. Dato iniziale : Energia Meccanica del Compressore = 0,236 KW. Calcolo del consumo elettrico del compressore : 0,236 KW / 0,8 = 0,295 KW. Energia Dissipata in Calore = 0,295 KW - 0,236 KW = 0,059 KW. A questo punto ricordiamo che due macchine termiche si dicono in serie quando la fonte di calore di una macchina (in questo caso l'alternatore) è frazione costante dello scarico dell'altra (ovvero il compressore). Trascuriamo in questo caso il coefficiente di Scambio Termico. Energia elettrica generata dall'alternatore : 0,059 * 0,9 = 0,0531. Totale Energia Elettrica Consumata dal Compressore : 0,295 - 0,0531 = 0,24 KW. Energia Totale Sfruttata = = 0,236 + 0,0531 = 0,2891 . Dove 0,2891 / 0,295 = 0,98 = Rendimento Complessivo, data anche dalla formula generale. Quindi una parte di energia viene utilizzata per il compressore, comprimendo un fluido di lavoro allo stato gassoso, e una parte viene utilizzata per l'alternatore, generando energia elettrica (in accordo con il principio di conservazione dell'energia). Da questi risultati si può dedurre che se non avessimo collegato un compressore ad un alternatore, non avremmo potuto sfruttare pienamente l'energia fornita al compressore, dovuto proprio al fatto che il rendimento complessivo comprende anche dispersioni di energia sotto forma di calore. Ti trovi ?
il 17 Marzo 2016, da Giuseppe Verde
Ciao Giuseppe! Come già dissi, i conti tornano. Se assumiamo che tutto il calore disperso dalla prima macchina sia assorbito dalla seconda (il che è difficile da realizzare nella pratica, per il secondo principio della termodinamica https://library.weschool.com/lezione/secondo-principio-termodinamica-macchina-termica-trasformazione-reversibile-irreversibile-14588.html, ma questo è un altro problema!), le due macchine in serie hanno un rendimento del $98\%$. Ma è la premessa teorica / strutturale che non mi è chiara: un alternatore (il cui funzionamento è spiegato qui https://library.weschool.com/lezione/dinamo-descrizione-e-spiegazione-del-funzionamento-7637.html) trasforma in differenza di potenziale elettrico una quantità di energia meccanica, mentre da come è descritto il tuo apparato sembra che prenda in ingresso il calore dissipato dal compressore. Il dispositivo preposto alla trasformazione dell'energia termica in energia elettrica sono i cosiddetti generatori termoelettrici, macchine che sfruttano l'effetto Seebeck o l'effetto Thomson. Se usassimo questi dispositivi potremmo trasformare il flusso di calore in energia elettrica. Tuttavia, il rendimento teorico di una termocoppia è molto più basso dello $0,8$ dell'alternatore: si parla addirittura di un ordine di grandezza in meno, e rendimenti intorno al $7\%$. A parte questo però la macchina dovrebbe funzionare :D Ciao e buona giornata
Buongiorno Giovanni. Adesso è più chiaro. Passiamo al chiarimento della premessa teorica. Dall'esercizio ci troviamo, il compressore in serie all'alternatore, svolge la sua funzione di compressione con un rendimento complessivo di 0,98. L'alternatore a sua volta svolge la sua funzione con un rendimento complessivo di 0,98. Bene. Detto questo, voglio chiederti, la premessa teorica strutturale corretta quale sarebbe per giustificare che il rendimento complessivo è aumentato rispetto al rendimento dei singoli componenti ? Visto che altrimenti, come dici, sembrerebbe che sia il calore la fonte di energia dell'alternatore. Grazie per la pazienza. Non sono concetti semplici :) - Giuseppe Verde 18 Marzo 2016
Inoltre, il collegamento in serie (che stiamo trattando, fornendo questi risultati), è di tipo elettrico o di tipo meccanico ? - Giuseppe Verde 18 Marzo 2016
Due macchine (di qualsiasi tipo) collegate (in serie o parallelo) possono aumentare il rendimento complessivo della "macchina" che viene a crearsi collegandole. Da due macchine (alternatore, compressore) con caratteristiche proprie (rendimenti) si forma una macchina con caratteristiche proprie. Alternatore e compressore avranno e continueranno ad avere il proprio rendimento, è la macchina "compressore + alternatore" che ha un rendimento del $98 \%$. Ad ogni modo, non si otterrà mai, comunque saranno collegate due macchine, un rendimento pari o superiore al $100\%$, poiché questo violerebbe i principi della termodinamica (in particolare, il secondo: https://library.weschool.com/lezione/secondo-principio-termodinamica-macchina-termica-trasformazione-reversibile-irreversibile-14588.html). Il collegamento tra alternatore e compressore, o meglio tra alternatore ed il motore elettrico del compressore, non può essere che di tipo meccanico: il motore elettrico produce lavoro meccanico, che viene preso in ingresso dall'alternatore. - Giovanni Barazzetta 24 Marzo 2016
Ciao Giovanni, ho letto da un forum che riguarda discussioni di macchine termiche, questa affermazione da parte di un ingegnere : le macchine termiche devono essere necessariamente delle macchine motrici, cioè macchine che convertono energia termica in energia meccanica, cioè che assorbono calore producendo lavoro (turbine). Quindi non possono essere né compressori né alternatori. Perché mai ? - Giuseppe Verde 24 Marzo 2016
Perché il rendimento termico complessivo (compressore + alternatore) è del 98 % ? Quali sono i principi fisici che fanno aumentare il rendimento complessivo rispetto al rendimento delle singole macchine ? Il rendimento complessivo non dovrebbe aumentare solo nel caso in cui lo scarico caldo della prima macchina viene ad essere utilizzato per fare funzionare la seconda macchina ? - Giuseppe Verde 24 Marzo 2016
? - Giuseppe Verde 30 Marzo 2016