Cos’è il rendimento termico
Il rendimento termico o rendimento utile di un impianto termico rappresenta il rapporto tra quantità di calore prodotto e quantità di calore assorbito da una macchina termica. Il miglioramento dell’efficienza del rendimento termico è importante per ridurre i fenomeni di dispersione nonché il carico termico dei terminali.
In questo articolo scritto insieme a Gilberto Tani, specialista in manutenzione impianti ad olio diatermico, analizzeremo che cos’è il rendimento termico, quali sono i suoi legami con il secondo principio della termodinamica e quante tipologie differenti di rendimento esistono.
Secondo principio della termodinamica
Gli effetti termodinamici non sono reversibili. Questo è quello che dice il secondo principio della termodinamica. Questo principio presenta molte formulazioni equivalenti tra loro, ma le più note sono quelle di Clausius e Kelvin-Planck.
- La formulazione di Clausius afferma che è impossibile realizzare una trasformazione il cui solo risultato sia quello di trasferire calore da un corpo freddo a uno caldo senza l’aiuto di lavoro esterno.
- La formulazione di Kelvin-Planck dice invece che non si può realizzare una macchina termica ciclica il cui solo risultato sia la conversione in lavoro di tutto quanto il calore che viene assimilato da una sorgente omogenea.
Da queste due enunciazioni di fatto equivalenti ne risulta una terza, ovvero che è impossibile costruire una macchina termica che ha un rendimento uguale al 100%. A sua volta da questa deriva l’impossibilità di una macchina termica in moto perpetuo proprio perché la perdita di energia è irreversibile. Questa perdita nel processo di trasformazione alimenta una grandezza fisica chiamata entropia che ci permette di giungere alla formulazione più usata del secondo principio della termodinamica, ovvero: “in un sistema isolato l’entropia è una funzione non decrescente nel tempo”.
Cosa è il rendimento
Il rendimento, nella sua formulazione generale, è l’efficienza di operazione di una macchina operatrice. Nel caso delle macchine termiche si parla di rendimento termico.
Cos’è il rendimento termico
Quando si utilizza una macchina termica per la trasformazione dell’energia una parte andrà inevitabilmente perduta. Il rendimento termico misura la prestazione di una macchina che usa l’energia del calore. Per calcolare il rendimento termico bisogna fare il rapporto tra la quantità di calore prodotto, quello ottenuto e la quantità di calore assorbito, quello speso, per la trasformazione dell’energia.
Il rendimento di una macchina termica corrisponde quindi al rapporto tra lavoro e energia in ingresso e per il secondo principio della termodinamica è sempre inferiore rispetto all’unità. Ci sono però delle macchine che riescono a recuperare e usare di nuovo una parte del calore che altrimenti andrebbe dissipato, come le pompe di calore. Il loro rendimento termico viene definito dal coefficiente di prestazione (COP) in una scala di valori che mette in relazione energia termica ed energia elettrica assorbita.
Tipologie di rendimento termico
Il rendimento termico complessivo di un impianto è dato dalla moltiplicazione di ciascun rendimento dell’impianto termico. Per rendere più efficiente un impianto è necessario cercare di ottimizzare ciascuna componente dell’impianto.
Le componenti principali di un impianto termico sono:
- Generatore di calore
- Sistema di regolazione
- Rete di distribuzione
- Terminali
Per ciascuna di queste componenti esiste una diversa tipologia di rendimento termico.
- Rendimento di generazione: detto anche rendimento di produzione si calcola facendo il rapporto tra energia termica utile prodotta dall’impianto termico e energia richiesta dalla sorgente. Il dato può essere fornito direttamente dal produttore o stimato e si indica con l’espressione ηp.
- Rendimento di distribuzione: si calcola facendo il rapporto tra energia termica globale richiesta e quella erogata dal sistema di produzione. Si indica con l’espressione ηd.
- Rendimento di regolazione: si calcola facendo il rapporto tra fabbisogno energetico utile in condizioni ideali e fabbisogno richiesto con la regolazione reale. Si indica con l’espressione ηr.
- Rendimento di emissione: per calcolarlo bisogna calcolare il rapporto tra fabbisogno energetico utile e sistema di emissione reale. Per indicarlo, si usa l’espressione ηe.
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