come calcolare il rendimento di una macchina a vapore

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

Una macchina termica è uno strumento che trasforma calore in lavoro. Il classico esempio di questo tipo di strumento è il motore a vapore che, in accordo col secondo principio della termodinamica (quando due corpi a temperature differenti vengono messi in contatto, il passaggio spontaneo di calore che ne risulta è sempre dal corpo a temperatura più alta a quello con temperatura più bassa) genera calore e quindi movimento a partire da acqua. Come calcolare il rendimento di un motore a vapore? Ecco per te una guida che ti spiega tutti i passaggi fondamentali per farlo.

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Sintetizzando, la dinamica è che l'energia in input si converte in energia utile (ovvero azione/lavoro) ed energia termica (ossia calore). Un esempio su tutti ne sia la classica macchina a vapore di Watt. Il funzionamento della caldaia richiede il calore generato dalla combustione di materia (carbone o legno). L'energia termica prodotta dell'unità riscaldante (caldaia) si trasforma in vapore, la cui dimensione fisica spinge al movimento di rotazione il motore, producendo a sua volta energia meccanica.

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Gli elementi fondamentali di un motore a vapore sono: una caldaia, dove il calore generato dalla combustione di un materiale (es. Legno) trasforma l'acqua in vapore e un pistone che può essere spostato dal vapore che si espande. Nel campo della termodinamica il rendimento energetico rappresenta la relazione tra l'energia utilizzabile rispetto a quella utilizzata. Per rappresentare in modo semplice il concetto del rendimento energetico dobbiamo pensare di essere vicini ad una macchina termica. Indipendentemente dal tipo di funzionamento di una macchina, per tutte possiamo dire che l'energia impiegata per il suo azionamento rilascia lavoro (che altro non è che energia utile, in nuova forma).
In alcuni motori, il vapore viene semplicemente disperso nell'atmosfera dopo la sua espansione contro il pistone; motori più elaborati inviano il vapore già utilizzato ad un condensatore dove, raffreddato e riportato allo stato liquido viene rimandato alla caldaia.

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In un motore a vapore si osserva che una determinata quantità di calore,"Qc", è fornita dal serbatoio a temperatura più alta o "caldo". Di questo calore, una parte esce sotto forma di lavoro W ed il resto viene ceduto come calore "di scarto" Qf al serbatoio a temperatura più fredda. Qc e Qf sono considerate sempre quantità positive, il segno che indica il senso dello scambio di calore viene indicato esplicitamente.

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