Capitolo 3 – Le centrali termoelettriche - fisica/mente

1.3. Cicli termodinamici
Capitolo 3 – Le centrali termoelettriche
Un fluido che si espande produce un lavoro esterno; ma per una produzione continua di lavoro,
quale è richiesta ai motori termici, è necessario riportare allo stato iniziale il fluido che ha subìto
l’espansione. Occorre quindi che il fluido subisca trasformazioni la cui rappresentazione dia luogo a
una linea chiusa, detta ciclo: l’area racchiusa da questa linea chiusa rappresenta, nel diagramma
(T,s), il lavoro utile effettuato.
Per il funzionamento di un motore termico occorre che il fluido, in ossequio al secondo principio
della termodinamica, descriva un ciclo ricevendo calore da una sorgente ad alta temperatura e
cedendo calore a una sorgente a temperatura inferiore.
Com’è noto, il ciclo che fra due temperature assegnate realizza il più elevato rendimento nella
trasformazione di calore in lavoro meccanico è il ciclo di Carnot 6 . Tale ciclo è costituito da due
isoterme e da due adiabatiche; il suo rendimento è tanto più elevato quanto più grande è il rapporto
fra le due temperature estreme.
Il ciclo di Carnot nel diagramma entropico è infatti rappresentato da un rettangolo (ABCD).
L’area aBCd rappresenta la quantità di calore Q1 fornita al fluido dalla sorgente a temperatura T1;
l’area aADd rappresenta la quantità di calore Q2 ceduta dal fluido alla sorgente a temperatura T2;
l’area ABCD rappresenta il lavoro utile ottenuto.
Il rendimento del ciclo è dunque:
Q − Q
η
=
area
( ABCD)
( T1
− T2)
⋅ ∆s
T1
− T2
T2
=
= = −
( aBCd ) T1
⋅ ∆s
T1
T1
1 2 =
1
Q1
area
6 Il teorema di Carnot asserisce:
“Assegnate le temperature di due sorgenti, esiste un valore limite superiore del rendimento che si raggiungerebbe nel
caso ideale in cui la trasformazione subita dal sistema termicamente isolato, costituito dalle due sorgenti, dal corpo
intermediario (cioè dal corpo che scambia calore con tali sorgenti) e dagli organi meccanici delle macchine fosse
completamente invertibile”.
Perché la trasformazione sia invertibile il corpo dovrà ricevere calore dalla sorgente a temperatura T1 avendo la
temperatura T1 e dovrà cedere calore alla sorgente a temperatura T2 avendo la temperatura T2: dovrà quindi ricevere
calore durante una espansione isotermica a temperatura T1 e cedere calore durante una compressione isotermica a
temperatura T2. Dovendo poi il corpo descrivere un ciclo, esso dovrà passare dalla temperatura T1 alla temperatura T2 e
viceversa; poiché il ciclo deve essere invertibile, il corpo, durante i suddetti passaggi, non dovrà subire scambi di calore
con le sorgenti, dovrà cioè subìre trasformazioni adiabatiche.
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