Termodinamica Classica e Consumo Energetico

Introduzione

• L'autore si concentra sui temi legati al consumo energetico, sottolineando le perdite di conversione dell'energia
• L'Italia è fortemente dipendente da fonti energetiche estere (energia e gas)
• Il testo introduce il concetto di Termodinamica Classica, che studia l'evoluzione dei sistemi termodinamici in seguito a trasferimenti di energia
• Il sistema termodinamico è un'area specifica racchiusa da una superficie virtuale che si studia in relazione all'ambiente circostante
• La superficie di controllo definisce l'area di analisi degli scambi energetici tra sistema e ambiente
• Perdita di calore: si perde circa 2200 W ogni volta che il calore si disperde
• Sistema stazionario: situazione in cui la produzione e la perdita di calore sono bilanciate
• Principio di conservazione dell'energia: l'energia interna del sistema aumenta se viene fornito calore
• Sistemi termodinamici:
  • Sistema chiuso: scambia calore e lavoro con l'ambiente
  • Sistema aperto: scambia massa, energia e lavoro con l'ambiente
  • Sistema adiabatico: non scambia calore con l'ambiente
  • Sistema diatermico: scambia calore con l'ambiente
  • Sistema isolato: non scambia energia, calore o massa con l'ambiente
• Massa e volume di controllo sono cruciali per l'analisi dei sistemi aperti, in cui il bilancio di massa deve essere sempre rispettato

Sistemi energetici

• Le turbine a gas a ciclo semplice basate sul ciclo Brayton, funzionano con un compressore azionato dalla turbina a gas, che assorbe il 50% della potenza meccanica generata
• I gas di scarico, a temperature tra 450°C e 600°C, vengono utilizzati per la cogenerazione di energia termica
• Il rendimento netto delle turbine a gas semplici varia da 35% a 42% e aumenta con la taglia dell'impianto

Sistemi fotovoltaici

• Il rendimento massimo di un pannello fotovoltaico si ottiene quando è perpendicolare ai raggi solari
• L'inclinazione ottimale del pannello è pari alla latitudine del luogo + 35-40 gradi
• L'orientamento ottimale è quello che garantisce una "finestra solare" senza ombreggiamento tra le 9:00 e le 15:00
• Altri fattori da considerare:
  • Azimuth e altitudine del sole
  • Orientamento e angolazione del pannello
  • Considerazioni strutturali
  • Pro e contro delle diverse tecniche di montaggio

Trasmissione del calore

• La trasmissione del calore avviene da un corpo più caldo a uno più freddo
• Le perdite di calore in un edificio possono avvenire attraverso: muri, finestre, pavimenti e ventilazione/infiltrazioni
• Il tasso di ricambio dell'aria negli impianti di ventilazione meccanica è definito in m3/h (metri cubi all'ora)
• La potenza associata alla ventilazione è proporzionale alla portata di massa, al calore specifico e alla variazione di temperatura

Biomasse e cogenerazione

• Le biomasse sono frazioni biodegradabili di prodotti, rifiuti e residui di origine biologica di diversa origine (animale, vegetale, industriale, urbana)
• Classificazione delle biomasse:
  • Fitomassa: biomassa da piante
  • Zoomassa: biomassa da animali
  • Biomassa microbica: biomassa da microorganismi
• I processi di conversione in energia delle biomasse rientrano in due categorie principali:
  • Processi termochimici (combustione diretta)
  • Processi biochimici (produzione di vettori energetici per la combustione successiva)
• La scelta del processo dipendere da diversi fattori, come il rapporto C/N (carbonio/azoto) e il contenuto di umidità della biomassa
• Il dimensionamento delle centrali cogenerative è influenzato dalla domanda di calore e dalla dispersione delle reti
• La cogenerazione è ottimale in contesti con una elevata concentrazione edilizia e una domanda di energia termica prolungata nell'anno

Fonti geotermiche

• Le reti di teleriscaldamento possono essere alimentate con calore geotermico a bassa temperatura (80-100°C)

Questo quiz esplora i concetti fondamentali della termodinamica classica e il loro impatto sul consumo energetico in Italia. Si approfondiscono temi come le perdite di conversione dell'energia, i sistemi termodinamici e il principio di conservazione dell'energia. Metti alla prova la tua comprensione delle interazioni energetiche e della teoria termica!