In termomeccanica una macchina termica è un dispositivo fisico o teorico in grado di scambiare calore e lavoro con l’ambiente circostante o un altro sistema fisico. La macchina termica spesso è ciclica e descritta fisicamente da un ciclo termodinamico. Il nome di una macchina termica di solito è quello del ciclo termodinamico associato. A volte invece hanno nomi come motori a gasolio, benzina, motori a turbina, motore a vapore.
Il lavoro è prodotto sfruttando il gradiente termico tra una sorgente calda e una sorgente fredda. Il trasferimento di calore dalla sorgente calda a quella fredda di solito tramite un fluido di lavoro, la Macchina frigorifera sfruttando il lavoro fornito, opera nel verso opposto.
Macchine in parallelo
Due macchine termiche si dicono in parallelo quando le rispettive fonti sono indipendenti.
Non è conveniente usare solo le tecnologie a più alto rendimento per ridurre i paralleli il più possibile; bisogna però conciliare questo nella pratica ingegneristica con il fabbisogno energetico che non è possibile soddisfare con le sole macchine più efficienti. Però non tiene conto delle perdite nel trasporto dell’energia, che spesso rendono competitiva una generazione locale meno efficiente con una centralizzata anche se più efficiente. Infine il dispacciamento economico rende spesso preferibili tecnologie meno efficienti ma più collaudate rispetto a tecnologie più efficienti, anche se questo comporta un maggiore sperco di calore nel sistema a parità di potenza generata.
Macchine in serie
di solito viene indicata con h in quanto equivale al coefficiente di scambio termico dal fluido esausto della prima al fluido esausto della seconda che viene così rigenerato.
Però l’entalpia accumulabile dai fluidi di lavoro delle macchine successive devono essere tali da permettere di operarlo in una macchina termica, cosa spesso impossibile oltre il secondo fluido per cui finora viene realizzato con il ciclo Hirn; altro punto chiave per nulla scontato è l’economia del gruppo (soprattutto del parco pompe e scambiatori) che spesso si riduce a tal punto da superare il vantaggio dell’aumento del rendimento, e rendere competitivi altri miglioramenti come il preriscaldamento del fluido della prima macchina.
Esempi
Alcune macchine termiche, nonostante prevedano una combustione (interna o esterna), possono essere programmate con combustione esterna. Per esempio John Ericsson sviluppò una macchina termica che usava il ciclo Diesel, ma aveva una sorgente di calore esterna.
Cicli con cambiamento di fase
il fluido di lavoro effettua una transizione di fase da gas a liquido e viceversa nel ciclo.
- Ciclo Rankine (per motore a vapore)
- Ciclo Hirn (idem sopra con surriscaldamento)
- Ciclo rigenerativo (idem sopra con recupero del calore per acqua alimento)
- Cicli vapore a liquido (Drinking bird)
- Cicli liquido a solido (Frost heaving – l’acqua diventa ghiaccio e viceversa e può alzare roccia fino a 60 metri)
- Cicli solido a gas (Dry ice cannon – il ghiaccio sublima a gas)
Cicli con solo gas
n questi cicli il fluido è sempre gassoso:
- Motore a combustione esterna:
- Ciclo Carnot (Macchina di Carnot)
- Ciclo Ericsson (Caloric Ship John Ericsson)
- Ciclo Reitlinger (Motore ad aria calda)
- Ciclo Stirling (Motore ad aria calda)
- Ciclo Stoddard
- Motore a combustione interna:
- Ciclo Otto (per esempio motore a benzina, motore a gasolio veloce)
- Ciclo Diesel (per esempio motore a gasolio lento)
- Ciclo Sabathé (intermedio tra Otto e Diesel)
- Ciclo Atkinson (motore Atkinson)
- Ciclo Brayton (turbina a gas)
- Ciclo Lenoir (per esempio pulse jet engine)
- Ciclo Miller
Cicli con solo liquido
In questi cicli il fluido è sempre liquido:
- Stirling – Motore Malone
- Temoidraulico (Effetto termosifone)
Cicli elettronici
- Termoelettrico (effetto Seebeck)
- Emissione termoionica
- Raffreddamento termotunnel
Cicli magnetici
- Motore termo-magnetico (Tesla)
- Demagnetizzazione adiabatica
Cicli usati per la refrigerazione
Un refrigeratore è una macchina termica che lavora al contrario. Il lavoro è usato per trasferire calore da una sorgente fredda ad una calda. Molti cicli possono lavorare nel senso opposto e funzionare con fluido refrigerante. La macchina termica a combustione interna sono, per natura, non reversibili, ma a combustione sterna si. elenco esempi:
- ciclo frigorifero a compressione
- ciclo frigorifero ad absorbimento
- ciclo frigorifero ad adsorbimento
- Air cycle machine
- Refrigerazione Vuilleumier
Fonte: https://it.wikipedia.org/wiki/Macchina_termica
