Blog

Efficienza di un motore applicazioni- chimicamo

Efficienza di un motore applicazioni

  |   Chimica, Chimica Fisica, Termodinamica

L‘efficienza di un motore  è data dal rapporto tra il lavoro compiuto e l’energia fornita al sistema.

La termodinamica studia le trasformazioni di lavoro meccanico in calore e viceversa e si sviluppò  in Europa nel XVIII secolo traendo le sue origini dagli studi per convertire il calore in lavoro e di sviluppare macchine che consentissero di avere il massimo rendimento.

Il secondo principio della termodinamica consente di prevedere la direzione del trasferimento di calore che avviene dal corpo più caldo a quello più freddo e mai spontaneamente nella direzione inversa.

Motore termico

Consideriamo un motore termico ovvero una macchina che utilizza il calore per la produzione di lavoro come i motori a combustione interna, i motori a combustione esterna o le turbine a gas.

Detti Qh il calore del corpo caldo e Th la sua temperatura, Qc il calore del corpo freddo e Tc la sua temperatura e W il lavoro si ha che tutto il calore non può essere convertito in lavoro.

I motori come il motore a scoppio funzionano secondo processi ciclici ovvero al termine di ogni ciclo si ha un ritorno allo stato di partenza e di conseguenza l’energia interna che è una funzione di stato complessivamente non varia.

Secondo il primo principio della termodinamica:
ΔU = Q-W

essendo ΔU la variazione di energia interna; poichè il processo è ciclico e U è una funzione di stato

ΔU = 0 e quindi Q = W

Essendo Q il calore netto trasferito ovvero Q = Qh – Qc

Pertanto in un processo ciclico W = Qh – Qc

Si definisce efficienza di conversione energetica Eeff il rapporto tra W e Qh:
Eeff = W /Qh = Qh – Qc/Qc = 1 – Qc/Qh

Applicazioni

Generalmente l’efficienza di un motore è relativamente modesta a causa di perdite dovute a perdite:

  • meccaniche dovute all’attrito
  • nel ferro a vuoto dovute a isteresi
  • per effetto Joule

Una centrale elettrica a carbone sfrutta il calore generato dalla combustione di combustibili per produrre il lavoro necessario ad azionare le turbine utilizzate per produrre elettricità.

In una centrale il calore prodotto dalla combustione è di 2.50 ∙ 1014 J e 1.48 ∙ 1014 J vengono trasferiti all’ambiente.

Nel processo di combustione avviene la reazione C + O2 → CO2,

Esercizio

Sapendo che dalla combustione di 1 kg di carbone si ottengono 2.5 ∙ 106  J calcolare la quantità di biossido di carbonio emessa ogni giorno.

Il lavoro prodotto è dato da: W = Qh – Qc = 2.50 ∙ 1014 J – 1.48 ∙ 1014 J = 1.02 ∙ 1014 J

L’efficienza è data da: Eeff = 1.02 ∙ 1014 J/2.50 ∙ 1014 J = 0.408 ovvero è del 40.8%

Poiché si ottengono quotidianamente 2.50 ∙ 1014 J ciò implica che vengono fatti bruciare 2.50 ∙ 1014 J ∙ 1 kg/2.5 ∙ 106  J = 1.0 ∙ 108 kg di carbone corrispondenti a 1.0 ∙ 1011. Le moli di carbone bruciate sono quindi pari a 1.0 ∙ 1011/12 g/mol= 8.3 ∙ 109 moli

Poiché il rapporto stechiometrico tra C e CO2 è di 1:1 si ottengono 8.3 ∙ 109 moli di CO2 pari a:

8.3 ∙ 109 moli ∙ 12 g/mol= 3.7 ∙ 1011 g = 3.7 ∙ 108 kg

Condividi


Gentile Lettrice, Gentile Lettore

Abbiamo rilevato che stai utilizzando un AdBlocker che blocca il caricamento completo delle pagine di Chimicamo.org

Questo sito è per te completamente gratuito e fornisce, si spera, un servizio serio, completo ed utile, pertanto speriamo che tu consideri la possibilità di escluderlo dal blocco delle pubblicità che sono la nostra unica fonte di guadagno per portare avanti quello che vedi.

 

Per piacere aggiungi Chimicamo.org alla tua whitelist oppure disabilita il tuo software mentre navighi su queste pagine.

 

Grazie

Lo staff di Chimicamo.org

Condividi