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lunedì 28 novembre 2011

Il rigeneratore di calore - Parte seconda

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Completiamo il quadro iniziato con il precedente post considerando il caso in cui agendo dall'esterno si fa in modo di mantenere costante la temperatura nelle due camere.
Per simulare questa situazione ipotizziamo di avere un contenitore cilindrico al cui interno viene fatto scorrere un pistone di materiale isolante forato in modo da mettere in comunicazione le due camere (per ulteriori dettagli si rimanda al post introduttivo) in cui le pareti opposte del cilindro sono termicamente conduttive e riescono a mantenere costante la temperatura del gas nella camera relativa.
Scegliamo di avere la parete sinistra alla temperatura calda, quindi il gas nella camera di sinistra viene mantenuto alla stessa temperatura calda, e la parete destra alla temperatura fredda, quindi il gas nella camera destra viene mantenuto alla stessa temperatura fredda.
Nell'animazione vengono rappresentati gli scambi termici con delle frecce gialle che indicano il verso di spostamento del calore.


L'animazione mostra che per mantenere costante la temperatura delle due camere è necessario un flusso di calore che conserva sempre lo stesso verso.
Nella camera sinistra le frecce puntano dalla parete calda verso il gas, cioè la parete cede calore al gas.
Nella camera destra, le frecce puntano dal gas verso la parete fredda, cioè il gas cede calore alla parete fredda.
L'effetto termico netto è perciò uno spostamento di calore dalla parete calda alla parete fredda.
Inoltre, mentre nella situazione adiabatica la pressione risulta indipentedente dalla posizione del pistone, ora, in condizioni di isotermia in ciascuna delle due camere, la pressione dipende dalla posizione del pistone: risulta massima con il pistone tutto a destra, minima con il pistone tutto a sinistra.
Vediamo ora cosa accade inserendo il rigeneratore.
Come nell'ultima animazione gli scambi termici sono rappresentati con delle frecce gialle che indicano il verso di spostamento del calore.


L'animazione mostra che per mantenere costante la temperatura delle due camere è necessario un flusso di calore dalle pareti verso il gas quando il pistone si muove da destra verso sinistra, cioè le pareti cedono energia termica al gas.
Invece, quando il pistone si muove da sinistra verso destra il flusso di calore è invertito, il calore passa dal gas verso le pareti conduttive, cioè le pareti acquistano energia termica.
L'effetto termico netto è nullo.
Non c'è nessun trasporto termico dalla parete calda alla parete fredda.
Per metà ciclo le pareti cedono energia ma la riacquistano nella restante metà ciclo.
Come nella situazione adiabatica la pressione risulta dipentedente dalla posizione del pistone e risulta massima con il pistone tutto a destra, minima con il pistone tutto a sinistra.
Concludiamo sottolineando il fatto che, rispetto all'esempio di rigenerazione in condizioni adiabatiche, il mantenimento delle temperatura massima a sinistra e della temperatura fredda a destra (isotermia) provoca una maggiore sollecitazione del rigeneratore di calore in quanto risulta maggiore il quantitativo di energia termica da accumulare e cedere.
Questa informazione viene mostrata nell'animazione colorando il rigeneratore di un rosa più intenso (rispetto al caso adiabatico) quando il pistone è tutto a sinistra, e di un azzurro più intenso (rispetto al caso adiabatico) quando il pistone è tutto a destra.
Il rigeneratore impedisce lo scambio termico fra parete calda e parete fredda, agisce cioè da separatore.
Quando il pistone si muove da destra verso sinistra, il calore che passa dalla parete calda al gas nella camera sinistra, poi viene accumulato nel rigeneratore.
Nella camera di destra la temperatura si abbassa e la parete fredda cede calore al gas.
Quando il pistone si muove da sinistra a destra, il rigeneratore cede calore al gas che lo attraversa, il gas nella camera sinistra diventa più caldo della parete calda e cede calore alla parete (nella stessa quantità che era stata ceduta in precedenza dalla parete al gas).
Nella camera di destra la temperatura aumenta e il gas cede calore alla parete fredda (nella stessa quantità che era stata ceduta dalla parete fredda al gas).

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INDICE DEI CONTENUTI

I. GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
30. Considerazioni sulla generazione elettrica
90. Analisi economica sulla cogenerazione domestica
26. L'alternatore lineare

II. GAS IDEALI: DALLE TRASFORMAZIONI AI MOTORI
1. L'equazione di stato dei gas perfetti: istruzioni per l'uso
3. P·V=n·R·T: considerazioni laterali
13. La trasformazione isocora
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15. La trasformazione isobara
16. La trasformazione adiabatica
65. La trasformazione isoentalpica
83. Confronto fra i processi isotermici e i processi isoentropici
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76. Lavoro massimo ottenibile dall'aria compressa
91. Energia potenziale meccanica di un gas
5. Il ciclo di Carnot
12. Il trasferimento del calore
6. Il rigeneratore di calore
7. Il rigeneratore di calore - Parte seconda
28. Il rigeneratore di calore: basi teoriche
29. Dimensionamento del rigeneratore di calore
8. Il ciclo di Stirling
9. Efficienza del rigeneratore di calore e rendimento del ciclo di Stirling
10. Il ciclo di Brayton
11. Ciclo di Brayton: considerazioni su rendimento e lavoro utile
17. Il motore di Cayley free piston - Episodio 01
18. Il motore di Cayley free piston - Episodio 02
19. Il motore di Cayley free piston - Episodio 03
20. Il motore di Cayley free piston - Episodio 04
21. Il motore di Cayley free piston - Episodio 05
22. Il motore di Cayley free piston - Episodio 06
23. Il motore di Manson free piston - Episodio 07
24. Il motore di Manson free piston - Episodio 08
25. Il motore di Manson free piston - Episodio 09
27. Efficienza del rigeneratore e rendimento del motore di Manson
31. Il motore di Manson free piston - Episodio 10
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33. Il motore di Manson free piston a doppio effetto
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35. Stufa con recupero termico
37. Il motore di Cayley free piston a doppio effetto
38. Il motore di Cayley free piston a doppio effetto - Seconda versione
39. Motore di Cayley e motore di Manson: considerazioni laterali
85. Falsi motori

III. DALL'ACQUA AL VAPORE
36. L'heat pipe
40. La tensione di vapore dell'acqua
41. Gli scambi termici dell'acqua liquida
42. Gli scambi termici nella vaporizzazione dell'acqua
43. Gli scambi termici dell'acqua a pressione costante
44. Cp dell'acqua vaporizzata: considerazioni laterali
45. La densità dell'acqua
46. Densità del vapore acqueo: considerazioni laterali
47. Il ciclo isobaro-isocoro del vapore
48. Entalpia ed energia interna
49. L'espansione adiabatica del vapore saturo - Episodio 01
50. L'espansione adiabatica del vapore saturo - Episodio 02
51. Il ciclo Rankine del vapore saturo
52. Il ciclo Rankine del vapore surriscaldato
53. L'espansione adiabatica del vapore nel diagramma di Mollier
54. Il Colibrì
55. Raccolta di link sui motori Uniflow
56. Motore a vapore con distributore a cassetto
58. Colibrì free piston a doppio effetto di tipo A
59. Colibrì free piston a doppio effetto di tipo B
60. Il ciclo termodinamico del Colibrì
61. Il Colibrì a vapore
62. Il lavoro di pompaggio nel Colibrì a vapore
63. Colibrì Vs Uniflow Vs Rankine
64. Colibrì Vs Uniflow Vs Rankine: considerazioni laterali
66. La trasformazione isoentalpica del vapore
67. Energia potenziale meccanica dei gas
68. Energia potenziale meccanica dei gas - Seconda Parte
69. L'energia potenziale meccanica del vapore saturo
70. Efficienza termomeccanica del vapore saturo
71. Efficienza termomeccanica del vapore surriscaldato
72. Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 1
73. Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 2
77. Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 3
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89. The Una-flow Steam-engine (1912)
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93. The Una-flow Steam-engine - Capitolo I
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97. Il Colibrì – Descrizione dell’Idea
98. Il Colibrì – Contesto Commerciale
99. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE I
100. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE II
101. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE III
102. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE IV
103. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE V
104. Il Colibrì – Campi di Applicazione
105. Il Colibrì – Punti di Forza
106. Il Colibrì – Svantaggi

IV. RICERCA DI FRONTIERA
57. Considerazioni economiche sull'E-cat di Andrea Rossi
78. Dal compressore elettrochimico al catodo cavo di Arata/Celani
84. Il mondo non viene assimilato; viene fatto - Sir Karl Raimund Popper (1902 - 1994)
87. Speculazioni, azzardi e previsioni sulla fusione fredda
96. E-Cat e dintorni
107. E-Cat e dintorni
109. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Introduzione
110. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Il ciclo operativo
111. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Contributo al COP delle varie fasi del ciclo
112. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Sulla termodinamica e sulla cinetica
113. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Sui requisiti termici e sulle tempistiche
114. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Sull’importanza del rapporto fra la superficie e il volume del metallo
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116. Teoria per l'unificazione della materia e della radiazione
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119. Materia e radiazione elettromagnetica: consigli per la ricerca
120. Scienza Laterale e Spazionica uniti nella ricerca
121. Dalla relazione di Einstein alla massa radiante
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123. Fusione nucleare calda o fusione nucleare fredda?
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125. Stima del cammino libero medio
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127. Dematerializzazione
128. Dematerialisation
129. Carica elettrica relativistica
130. Relativistic electric charge
131. Ragionamenti sulla carica elettrica relativistica
132. Reasoning on the relativistic electric charge
133. Conduzione elettrica nei gas
134. Electric flow in gases