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Cap.10 – I cicli termici delle macchine operatrici della CO 2 vale 1). Questo vuol dire, approssimativamente, che la rottamazione dell’impianto di condizionamento di un’autovettura (contenente 600 g di R134a), con conseguente dispersione in atmosfera del fluido, è equivalente a 650 kg di CO 2 , ovvero alla quantità emessa dal motore della stessa auto in circa 4000 km. Cenno a cicli frigoriferi più avanzati I principali inconvenienti del ciclo frigorifero a semplice compressione, illustrato in precedenza, sono la elevata potenza meccanica richiesta e la elevata temperatura del fluido in uscita dal compressore che, nei casi estremi, può superare il limite di compatibilità con il lubrificante del compressore. Per ovviare a questi inconvenienti, si può ricorrere ad una compressione interrefrigerata, secondo le modalità illustrate nel Cap.4. Per migliorare ulteriormente le prestazioni, anche la laminazione può essere sdoppiata, a spese di una notevole complicazione del ciclo: dettagli su questo tipo di cicli (a doppia compressione e doppia laminazione) possono essere trovati sul testo di Anglesio. Si possono infine usare, per elevati salti di temperatura, due cicli frigoriferi in cascata, operanti con differenti fluidi. Per applicazioni semplici e compatte, tipicamente aeronautiche, si può utilizzare un ciclo frigorifero ad aria, che non è altro che un ciclo di Joule Brayton (v. Cap.7) operante in maniera inversa: per la refrigerazione, si sfrutta l’aria fredda uscente dalla turbina, e quindi si acquista energia termica nello scambiatore a bassa temperatura. Infine, le tendenze di ricerca attuali portano a considerare l’uso di fluidi naturali e di basso impatto ambientale; il dibattito in merito è ancora aperto, ma uno dei possibili candidati è l’anidride carbonica (sigla R744) che, tutto sommato, ha un GWT molto inferiore a quello dei fluidi attualmente utilizzati. Dato che la temperatura critica della CO 2 è di 31 °C, in questo caso è spesso necessario che la trasformazione superiore del ciclo avvenga a pressione ipercritica; questi cicli possono arrivare ad operare a pressioni di 80 bar ed oltre, vedi Fig.6. Figura 6:Ciclo ipercritico a CO 2 operante tra -10 e 35 °C. P.Di Marco – Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche 9-10
Cap.10 – I cicli termici delle macchine operatrici Cenno al ciclo frigorifero ad assorbimento Nel ciclo frigorifero precedentemente esposto, è necessaria una elevata potenza meccanica per la compressione del vapore. Illustriamo adesso il principio di funzionamento di un ciclo (detto ad assorbimento) in cui il consumo di energia meccanica è molto limitato e la macchina viene fatta funzionare prevalentemente con energia termica prelevata a temperatura superiore a quella ambiente. Questo ciclo sfrutta una soluzione di due fluidi (allo stato attuale, ammoniaca in acqua, o acqua in bromuro di litio) in cui la solubilità varia con la temperatura. |Wtc| |Wt gen| 2 1 generatore 6 valvola di laminazione ammoniaca condensatore evaporatore laminatore acqua 9 10 pompa alta pressione bassa pressione |W'mp| 5 3 4 assorbitore |Wtf| |Wt ass| Figura 7:Ciclo frigorifero ad assorbimento. Riferendosi allo schema di Fig.7, nel generatore la soluzione acqua-ammoniaca, riscaldata, libera ammoniaca gassosa ad alta pressione, assorbendo calore ad alta temperatura (intorno ai 100-130 °C). L’ammoniaca liberata viene condensata nel condensatore, dove cede calore, e successivamente laminata e fatta evaporare a bassa temperatura e pressione, sottraendo calore alla sorgente fredda (questa parte del ciclo, 1234, non differisce dal ciclo frigorifero standard). A questo punto l’ammoniaca gassosa viene miscelata nuovamente con l’acqua nell’assorbitore: in esso fluisce anche, previa laminazione, l’acqua impoverita di ammoniaca proveniente dal generatore. Nel processo di soluzione viene liberato calore, che deve essere ceduto all’esterno. Infine la soluzione acqua-ammoniaca, ricostituita, viene ripompata, allo stato liquido, nel generatore, chiudendo il ciclo. In questo processo di pompaggio, dato che il fluido è allo stato liquido, si assorbe una potenza meccanica molto piccola rispetto a quella che sarebbe necessaria per comprimere l’ammoniaca allo stato gassoso. Il bilancio di energia applicato all’intero ciclo risulta in W tc + W = W + W + W ' (10.18) tass tf tgen mp Il coefficiente di prestazione risulta in questo caso dato da COP ass = W ' mp W tf + W t gen (10.19) P.Di Marco – Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche 9-11
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Appunti ed Esercizi di Fisica Tecni
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Cap. 1. Nozioni introduttive di Ter
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Cap. 2. Cenni sui meccanismi di tra
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Cap. 2. Termodinamica degli stati I
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Cap. 3. Le equazioni di bilancio di
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Cap. 4. I sistemi aperti a regime
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Cap.5. L’equazione generalizzata
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Cap.6 - Le macchine termiche sempli
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Cap.7 - I cicli termici delle macch
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Cap. 11. Scambiatori di calore Un t
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Cap. 11. Scambiatori di calore •
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Cap. 11. Scambiatori di calore La d
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Cap. 11. Scambiatori di calore cald
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Cap. 11. Scambiatori di calore ESEM
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Cap. 11. Scambiatori di calore (a)
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Cap. 11. Scambiatori di calore Effi
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Cap. 11. Scambiatori di calore Effi
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Cap. 11. Scambiatori di calore T T
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Cap. 11. Scambiatori di calore La l
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Cap. 11. Scambiatori di calore di a
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Cap. 11. Scambiatori di calore BIBL
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Cap. 12. Combustione e generatori d
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Cap.14 -Principi di funzionamento d
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Appendici APPENDICE 1 - Equazioni d
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Appendici APPENDICE 3 - Proprietà
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Appendici Acqua Proprietà del liqu
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Appendici H2O p = 0.5 [MPa] Tsat =
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Appendici H2O p = 4.0 [MPa] Tsat =
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Appendici H2O p = 30.0 [MPa] T v u
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Appendici R717 - Ammoniaca Propriet
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Appendici R717 p = 0.4 [MPa] T v u
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Appendici R134a - Proprietà del li
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Appendici R134a - Liquido compresso
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Appendici R134a p = 0.30 [MPa] T v
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Appendici R600a - Isobutano Proprie
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Valori di c p , c v e k per vari ga
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Appendici APPENDICE 4 - Unità di m
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d) Unità di potenza Unità di misu
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Appendici V −3 3 1 = Mv1 = 1 ,5
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Appendici L tot = Q tot = 47 kJ Ese
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Appendici Esercizio 2.5 V 1 ⎛ 0.1
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T p 3 1−k k 3 = T p 2 1−k k 2 R
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Appendici Esercizio 2.17 T [°C] p
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Appendici t E ⎛ − ⎞ i( t) =
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Appendici Capitolo 4 Esercizio 4.1
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Appendici G ( s 2 GT ( c W = W ' t
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h − h η = ⇒ h = h −η h −
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Appendici In seguito all’espansio
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Appendici La portata massica (che r
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T G ( h − ) R 4 = T3 − ⋅ 2 h1
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Appendici 2 D Q = Aw = H πw 4 Da c
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Appendici Esercizio 5.6 −3 D = 20
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Appendici 4Q w = = 2, 21 m s D 2 H
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L’equazione di Bernoulli si può
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64 λ = c = = 0.1 Re 636 le perdite
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Appendici W ′ = G ⋅ e p L’ene
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Appendici cp ⎧ R ⎪ T2 p ⎛ 2 T
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Appendici h ≅ 4. 2T La variazione
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( a ) W c, min = G a f , i − f ,
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Appendici La potenza meccanica svil
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Appendici • il lavoro della turbi
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η = ( h − h4 ) − ( h2 − h1 )
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Appendici l’allievo può verifica
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Appendici ( − T ′′ ) quindi p
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Appendici dove 1 ⎛ 1 s 1 ⎞ 1 Rt
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Appendici WT Ts = + Ta = 53.2°C h
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Appendici a. il valore di T2; b. il
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Appendici punto 4: p 4 = 1 bar, T 4
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Appendici variazioni di energia cin
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Appendici ESERCIZIO C.13 (1996, gru
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Appendici pressione. Tutti i compon
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Appendici la tubazione può essere
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Appendici Soluzione La conduttanza
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Appendici 5. la potenza meccanica a
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Appendici W ' m = G ( h −h2 ) = G
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Appendici coefficiente di dilatazio
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Appendici mentre il termine di irre
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Appendici Soluzione (redatta da N.F
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Appendici G 6 = G 1 e per il bilanc
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Domanda 2: La potenza resa dalle po
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Appendici 1. la portata di vapore n
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Appendici Dove, essendo il moto lam
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Appendici alimenta la turbina, punt
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Appendici • proprietà fisiche de
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Gc 1 2 Gr 4 5 A C B Gs 6 Soluzione
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Appendici punto pressione temperatu
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Appendici h ac 2 wAB w (1 0.5) (0.7
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Appendici 4 A 4Gv 4 D = 4 π = w π
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Appendici La potenza erogata dalla
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• portata volumetrica di fluido i
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SOLUZIONI I valori numerici sono ot
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PROBLEMA 3 Domanda 1: Dalle tabelle
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