In breve: I cicli termodinamici trasformano calore in lavoro o spostano calore usando gas, vapori e miscele.
Cosa sono i cicli termodinamici
Un ciclo termodinamico è una serie di trasformazioni. Il fluido di lavoro torna allo stato iniziale alla fine.
I cicli si dividono in due grandi famiglie. I cicli diretti producono lavoro meccanico dal calore. I cicli inversi spostano calore da un ambiente freddo a uno caldo, usando lavoro esterno.
Il fluido può essere un gas, un vapore o una miscela di liquido e vapore. La scelta del fluido cambia il rendimento e l'uso pratico del ciclo.
Cicli diretti e cicli inversi
I cicli diretti sono il cuore dei motori termici. Il fluido riceve calore da una sorgente calda. Una parte di questo calore diventa lavoro utile. Il resto viene ceduto alla sorgente fredda.
Esempi tipici sono il ciclo Otto del motore a benzina e il ciclo Diesel. Per il vapore si usa il ciclo Rankine nelle centrali termoelettriche. Per le turbine a gas si usa il ciclo Brayton.
I cicli inversi funzionano al contrario. Servono per frigoriferi, congelatori e pompe di calore. Il sistema assorbe calore dall'ambiente freddo. Poi cede calore all'ambiente caldo, grazie al lavoro fornito dal compressore.
Nei cicli a vapore e nei cicli frigoriferi il fluido cambia stato. Passa da liquido a vapore e poi torna liquido. Questa miscela bifase permette scambi di calore efficienti.
Esempi pratici
Il motore di un'automobile usa un ciclo diretto a gas. Brucia carburante e trasforma il calore in movimento delle ruote.
Una centrale elettrica usa il ciclo Rankine con vapore d'acqua. La caldaia scalda l'acqua, la turbina produce lavoro, il condensatore raffredda il vapore.
Il frigorifero di casa usa un ciclo inverso. Il compressore assorbe energia elettrica. Il fluido refrigerante toglie calore dagli alimenti e lo scarica fuori, dietro al frigorifero.
Una pompa di calore scalda gli ambienti d'inverno. Prende calore dall'aria esterna fredda e lo porta dentro casa.
Parole difficili
- Ciclo termodinamico: serie chiusa di trasformazioni che riporta il fluido allo stato iniziale.
- Fluido di lavoro: sostanza che assorbe e cede calore durante il ciclo.
- Rendimento: rapporto tra lavoro prodotto e calore assorbito dalla sorgente calda.
- Sorgente calda: ambiente o corpo che cede calore al fluido.
- Vapore saturo: miscela in equilibrio tra liquido e vapore alla stessa temperatura.
- Compressore: macchina che aumenta la pressione del fluido usando lavoro esterno.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.meccanica-macchine-ed-energia.cl3.termodinamica.03