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Cicli termodinamici - CICLO DIRETTO, CICLI INVERSI

tecnica




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Cicli termodinamici

Ciclo diretto

Scopo del ciclo diretto è la conversione di energia termica in energia meccanica. La conversione può essere realizzata facendo ricorso a diversi processi fisici durante i quali il fluido può all' occorrenza 313j97d scambiare calore con l' esterno. Il processo termodinamico che ne consegue può essere aperto o chiuso.

aperto:il fluido compie una sola volta la sua evoluzione nella macchina e poi viene scaricato;

chiuso:il fluido operante subisce più volte l' identico processo. In tal caso, in accordo con il principio dell' evoluzione (2^ principio ) il fluido deve scambiare calore con l' esterno, per ogni ciclo evolutivo, nei due sensi.

E' invalso l' uso di distinguere gli impianti termodinamici atti a realizzare il processo termodinamico nelle due classi: "a circuito aperto" ed "a circuito chiuso".

Un processo chiuso viene di solito chiamato "ciclo termodinamico" ed è appunto una catena chiusa di trasformazioni termodinamiche che il fluido subisce durante la sua periodica evoluzione.

Si parla di cicli termodinamici anche nel caso di processi aperti, che richiede l' introduzione di una "trasformazione di chiusura" che equivalga termodinamicamente alla reale sostituzione di fluido tra un processo e il successivo.



A tal fine ad ogni macchina termica si può assegnare un ciclo termodinamico, a cui si dà il nome di ciclo di riferimento. Si parla quindi di cicli ideali, limite e reale e di rendimenti termodinamici.

Ciclo ideale: è il ciclo seguito dal gas perfetto in una macchina anch' essa perfetta, tale da consentire, per quel che ad essa compete, la realizzazione delle trasformazioni desiderate, che si suppongono tutte reversibili. Le condizioni di perfezione del fluido e della macchina, che distinguono il ciclo ideale, sono troppo lontane dalla realtà.

Si arriva a concepire un ciclo percorso dal fluido reale che evolve in una macchina perfetta, ovvero in una macchina limite. A tale ciclo si dà il nome di ciclo limite. Anche per il ciclo limite si considerano trasformazioni reversibili, trascurando quindi gli effetti della viscosità del liquido.

Il ciclo reale si ottiene per il fluido reale che agisce in una macchina reale e quindi soggetto a tutte le imperfezioni connesse.

Cicli inversi

Il ciclo diretto è atto a produrre lavoro meccanico a spese di energia termica introdotta nel sistema, essendo la differenza riversata all' esterno, in qualità degradata.

Il ciclo inverso viene eseguito in senso contrario (antiorario), assorbendo energia termica e lavoro meccanico, che viene anch' esso trasformato in energia termica, col beneficio però di nobilitare il calore assorbito portandolo a più alte temperature.

Nel ciclo inverso, non essendo il lavoro speso L la finalità dell' espansione, ma piuttosto la contropartita necessaria per realizzare una elaborazione di calore, si parla di efficenza ed efficcia del ciclo.



In relazione alla applicazione dei cicli inversi è possibile disinguere tre aspetti importanti dell' operazione termodinamica:

a) sottrazione di calore da un ambiente freddo;

b) cessione di calore ad un ambiente caldo;

c) introduzione di lavoro meccanico nel fluido.


Analizziamo i vari punti.


a) Anzichè di sottrazione di calore si parla, termodinamicamente, di produzione di freddo e quindi di impianti frigoriferi.

Effetto utile: sottrarre Q'' ad un ambiente freddo

Spesa: L = Q' - Q'' che è necessario conferire al fluido


Efficacia:

dove è relativo al ciclo diretto.

In genere è maggiore di 1.


b) Questo effetto viene impiegato tencnicamente per il riscaldamento degli ambienti a spese di lavoro meccanico. I dispositivi che lo realizzano prendono il nome di pompe di calore. In questo caso si definisce l' efficenza delle pompe di calore:


c) Il terzo effetto è applicato innumerevoli casi in cui è necessario comprimere un fluido: stazioni di compressione di gasdotti o di reti di stabilimenti industriali, caricamento di bombole, serbatoi, e così via. Il ciclo inverso prende allora il nome di ciclo di compressione, anche se talvolta impropriamente, trattandosi di processi aperti, che possono chiudersi attraverso una trasformazione.

In questo caso l' effetto utile che ci si propone è quello di comprimere il fluido, riducendo il lavoro di compressione per ottenere tale effetto.






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