Rendimento

Il rendimento è generalmente inteso come rapporto tra utili e oneri, nel caso di una macchina il rapporto tra potenza resa e potenza assorbita. Nel caso di caloriferi bisogna distinguere tra rendimento e utile. L’utile non è il rapporto tra due potenze, bensì il rapporto tra due quantità di calore (quantità di calore, o lavoro, = potenza x tempo). Il rendimento è indicato con la lettera greca η (eta) e ha un valore tra 0 e <1, ossia in percentuali, tra 0 e <100%.

L’energia non utilizzata, nel linguaggio comune, è detta “perdita d’energia”.

Il rendimento non può raggiungere il valore 1 o il 100% a causa delle perdite per attrito, calore dissipato, ecc. In tutte le trasformazioni di energia risulta calore che non può essere ulteriormente utilizzato. Una macchina con un rendimento >1 sarebbe un perpetuo mobile, non permesso dal secondo enunciato della termodinamica.

Il rendimento ideale di una macchina termica è il quoziente che risulta dalla differenza tra temperatura massima e quella minima divisa per la temperatura massima dell’intero processo. Le temperature devono essere misurate in kelvin, cioè in gradi assoluti.

Rendimento complessivo
Quando due e più macchine lavorano in serie, il rendimento complessivo dell’intero impianto si ottiene per moltiplicazione dei singoli rendimenti.

Esempio:
Centrale elettrica 40 % (0,4),
Trasformatore presso la centrale 95 % (0,95)
Trasformatore presso l’utenza 95 % (0,95)
Elettrodomestico 80 % (0,8)

Rendimento complessivo: 0,4 x 0,95 x 0,95 x 0,8 = 0,2888 (= 28,88 %)

Rendimento termico

Il rendimento termico indica il rapporto tra la potenza utile ottenuta e la quantità di energia termica fornita alla macchina termica, per esempio una pompa di calore:

dove ηth è il rendimento termico, Pth la potenza tecnica ottenuta e la quantità di calore fornita.

Il rendimento termico è una misura dell’efficienza del processo , pertanto è anche chiamato rendimento di processo.

Rendimento di un impianto
Quando il calore di rifiuto proveniente da un processo termico viene recuperato e utilizzato, per esempio per il preriscaldamento di aria, come avviene negli impianti di cogenerazione, il rendimento dell’impianto aumenta. Questo rendimento è detto rendimento di impianto per distinguerlo dal rendimento termico (rendimento di processo). Il rendimento di un impianto può essere facilmente migliorato, per esempio tramite l’uso di uno scambiatore di calore, mentre il miglioramento del rendimento termico richiede molto impegno e ricerca.

Rendimento dei processi di combustione
Il rendimento dei processi di combustione indica il rapporto tra la quantità di calore utile ottenuta dalla combustione di un combustibile e la quantità di energia contenuta nel combustibile stesso, tiene quindi conto della perdita di calore dovuta al riscaldamento dei fumi e dell’aria intorno al fuoco. L’efficienza di un calorifero può essere determinata tramite questa perdita se, oltre a questa, non ce ne sono altre. La produzione di calore nella caldaia di una casa e uno di questi casi. Il rendimento di un processo di combustione è quindi la differenza tra il 100% e la perdita dovuta al riscaldamento dei fumi. Il 100% equivale tradizionalmente al potere calorifico del combustibile.

Questa definizione del rendimento di un processo di combustione non vale però nel caso di una caldaia a condensazione. Queste caldaie recuperano calore dai gas di scarico tramite il raffreddamento degli stessi fino alla condensazione del vapore acqueo e degli idrocarburi contenuti. I gas di scarico perdono pertanto calore e, spesso, devono essere asportati tramite un ventilatore, perché non ascendono nella canna. La canna subisce inoltre l’azione corrosiva dell’acqua di condensa e il deposito di catrame. In questi impianti si usano pertanto delle canne in acciaio inossidabile.

Il rendimento superiore al 100% delle caldaie a condensazione è una conseguenza del metodo di calcolo. Il calore utile prodotto non è solo quello liberato nel processo di combustione, ma include anche quello recuperato nel processo di condensazione.

Rendimenti oltre il 100% (tra il 200 e il 600%) vengono qualche volta indicati anche per le pompe di calore, ma per evitare questa indicazione ingannevole, si usa normalmente il coefficiente di prestazione (COP), indicato con ε. Il COP è il rapporto tra l’energia (elettricità o gas) assorbita dalla pompa e l’energia (termica) resa dalla stessa. Un COP 3 significa che la pompa produce 3 kWh termici impiegando 1 kWh elettrico. Il COP di una pompa di calore dipende dal tipo di macchina e dalla temperatura della sorgente ambientale.

Rendimento

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