RICERCA DI TERMODINAMICA

MOTO PERPETUO di SECONDA SPECIE

Nuovo Concetto di Entropia, Richiesta di Parere, Turbo-Pompa ad Ingranaggi Ellittici,
Ciclo Rankine-Hirn, Cicli Entalpici e Cicli Entropici, Motori e Distillatori, Rendimento Unitario,
Ottimazione del Rendimento, Cicloide Ellittica, Nuovo Integrale Indefinito, una Legge Assoluta.

       
       
       
       
       
       
  (07)    
       
       
  Cicli Entropici, Moto Perpetuo di Seconda Specie    
  MACCHINE TERMICHE A VAPORE    
  CON RENDIMENTO UNITARIO    
  Riassunto del Terzo Brevetto (fig.3,5,7)    
       
       
       
     
       
       
       
  QUALCOSA IN ANTEPRIMA    
       
  Abbiamo dimostrato (vedi in seguito) che per ogni MISCUGLIO (M=M”+M’) di TITOLO (x=M”/M), formato da un LIQUIDO (M’) col suo VAPORE (M”), il PRIMO Lato (6→1→2) del CICLO RANKINE-HIRN (6→1→2→3→4→5→6),(fig.3), impiegato negli IMPIANTI TERMICI a VAPORE, non si trova (come erroneamente si crede) nella ZONA LIQUIDA ma sulla PRIMA CURVA ISOTITOLO (x=M”/M=0),(M”=0) nella ZONA (ACDA) del VAPORE SATURO.    
       
  Con questa certezza abbiamo costruito i CICLI ENTROPICI (O→P→3→4→5→O),(fig.3,5,7) partendo dal CICLO RANKINE (6→1→2→3→4→5→6),(fig.3) e spostando a DESTRA il suo PRIMO LATO (OP) nell’INTERVALLO (0≤x≤1). In tal modo la CONDENSAZIONE diminuisce nell’INTERVALLO (0≤x≤x5), da (x=0) a (x= x5) dove si ANNULLA e si INVERTE nel successivo INTERVALLO (x5≤x≤1), quando il MISCUGLIO (M) si RISCALDA (evapora) per diventare VAPORE SECCO (x=1) mentre il RENDIMENTO cresce fino al valore UNITARIO.    
       
  Nelle attuali CENTRALI TERMICHE conviene quindi sostituire il CICLO RANKINE con qualcuno dei CICLI ENTROPICI a RENDIMENTO UNITARIO, comunque SCELTO nell’Intervallo (x5≤x≤1),  magari seguitando a utilizzare ACQUA (H2O) riscaldata con i soliti COMBUSTIBILI (Tavola 1), oppure impiegando qualcuno dei FLUIDI adoperati negli attuali IMPIANTI FRIGORIFERI (Ammoniaca, Anidrite Carbonica, Freon e altri) in grado di utilizzare gran parte del CALORE prelevandolo dall’ambiente circostante (Tavole 2,3,4).    
       
  Tutto questo a titolo PROVVISORIO, almeno finché (in alternativa) non si riesca a inventare nuovi FLUIDI FRIGORIFERI più efficaci, con TEMPERATURE di CONGELAMENTO  abbastanza BASSE, tali da ottenere in ogni luogo LAVORO Meccanico SOLTANTO da un’UNICA SORGENTE TERMICA, che potrebbe essere l’AMBIENTE CIRCOSTANTE, ottenendo in mitico MOTO PERPETUO di SECONDA SPECIE.    
       
       
       
  INTRODUZIONE    
       
   Nel Piano Entropico Ω(T,S) il MISCUGLIO (M) formato da un LIQUIDO (M’) col suo VAPORE (M”) di TITOLO x=(M”/M), si trova (fig.1) nella Zona (ACBA) confinante con la Zona (L) del LIQUIDO situata a SINISTRA di (AC) e la Zona (V) del VAPORE Surriscaldato situata a DESTRA di (CB), separate in alto dalla ISOTERMA Inferiore (TC),(dT=0) del GAS tangente nel Punto CRITICO (C) di (ACBA), trascurando il sottostante Miscuglio SOLIDO-VAPORE, poco interessante.    
       
  Come ogni Fluido lo STATO FISICO del MISCUGLIO dipende (Gibbs) da 2 VARIABILI, come conferma la seguente Equazione DIFFERENZIALE di CLAPEYRON che lega le 3 GRANDEZZE (Pressione, Temperatura, Titolo)=(p,T,x) con EQUAZIONI di STATO del tipo φ(p,T,x)=0 ⇔ p=f(T,x), tenuto conto delle altre 3 FUNZIONI di STATO:  (Calore di Trasformazione) r=r(p,T,x), (Volume Specifico del Vapore) v”=v”(p,T,x) e (Volume Specifico del Liquido) v’=v’(p,T,x):    
       
 
   
   ϕ(p,T,x)=0     p=f(T,x)    
       
  Inoltre definisce le corrispondenti Trasformazioni ISOTERMOBARICHE (dT=0)⇔(dp=0), dove a ogni Trasformazione ISOTERMICA (dT=0) corrisponde una Trasformazione ISOBARICA (dp=0) e viceversa, un VINCOLO Termodinamico che SUSSISTE qualunque siano i VALORI numerici delle altre GRANDEZZE FISICHE (Volume, Entalpia, Entropia, ecc.), che vengono IGNORATE come se non esistessero.    
       
  In questi casi (dT=0)⇔(dp=0) lo STATO Fisico del MISCUGLIO (M=M'+M”) assume un particolare EQUILIBRIO Termodinamico chiamato VAPORE SATURO, che nel Piano Entropico Ω(T,S) sussiste lungo qualsiasi linea orizzontale della ZONA (ACBA), dove l’aggiunta o la sottrazione di CALORE produce EVAPORAZIONE (Δx>0) o CONDENSAZIONE (Δx<0) in TUTTA la MASSA del MISCUGLIO creando il FENOMENO FISICO chiamato EBOLLIZIONE, dove il TITOLO (x=M”/M) può variare nell’INTERVALLO (0≤x≤1).    
       
  Peraltro tutte le Trasformazioni φ(p,T,xO)=0 a TITOLO COSTANTE (x0), senza aggiunte o sottrazioni di Miscuglio, avvengono necessariamente lungo le CURVE ISOTITOLO (dx=0) di (ACBA), dove ad ogni Incremento ISOTERMICO (dT=0) di PRESSIONE (Δp>0) può aggiungersi il corrispondente Incremento ISOBARICO (dp=0) di TEMPERATURA (ΔT>0) o viceversa, situati fra due IsoTermoBariche (dT=0,dp=0) del VAPORE SATURO    
       
  Questi INCREMENTI (dT=0),(Δp>0) o (dp=0),(ΔT>0), avvengono quando la CONDENSAZIONE (o Evaporazione) del Miscuglio si ARRESTA in un PUNTO qualsiasi dell’INTERVALLO (0≤x≤1), sulle orizzontali del VAPORE SATURO, confermando l’ipotesi che il PRIMO LATO del CICLO RANKINE non appartiene (come si crede) alla ZONA LIQUIDA ma si svolge effettivamente sulla PRIMA ISOTITOLO (x=0) di (ACBA).Tutto questo ACCADE anche (e soprattutto) nei PRIMI LATI dei particolari CICLI TERMICI che abbiamo chiamato ENTALPICI e ENTROPICI, impropriamente considerati VARIANTI del CICLO RANKINE.    
       
  In questa PAGINA ci occupiamo soltanto dei CICLI ENTROPICI (O→P→3→4→5→O) (fig.3,5,7) ottenuti dal CICLO RANKINE spostando da sinistra (x=0) a destra (x=1) il suo PRIMO LATO (OP), dove  il CALORE Isobarico (dp=0) RICEVUTO (O→P→3→4) meno il CALORE IsoTermoBarico (dT=0),(dp=0) RESO (5→O), rappresenta il LAVORO Isentropico (4→5)(dS=0) eseguito dalla TURBINA.    
       
  In questi casi quel LAVORO (4→5)(dS=0) NON risulta EQUIVALENTE all’AREA RACCHIUSA, che (stranamente) DIMINUISCE (fig.3,5,7) nell'INTERVALLO (0≤x≤x5), si ANNULLA sulla ISENTROPICA (dS=0),(x5), infine si INVERTE nel successivo INTERVALLO (x5≤x≤1) dove il RENDIMENTO diventa UNITARIO.    
       
  Le Trasformazioni dei CICLI ENTROPICI (O,P,3,4,5,O) (fig.3,5,7) sono simili a quelle del CICLO RANKINE impiegando H2O o qualsiasi altro FLUIDO, dove sulla ISOTITOLO (x=0) del PRIMO LATO (OP) si applica la COMPRESSIONE ISOTERMICA (Δp>0),(dT=0) nel PUNTO INIZIALE (O) che poi prosegue col RISCALDAMENTO ISOBARICO (ΔT>0),(dp=0), menre Il RENDIMENTO cresce in (0≤x≤x5) e diventa UNITARIO nel successivo INTERVALLO (x5≤x≤1), trasformando in LAVORO tutto il CALORE fornito da un’UNICA SORGENTE che potrebbe essere l’AMBIENTE ESTERNO, Quindi conviene impiegare FLUIDI a BASSO CONGELAMENTO, come AMMONIACA, ANIDRIDE CARBONICA, FREON, meglio ALTRI più CONGELANTI, ricordando (Joule) il GRANDE rapporto di CONVERSIONE fra CALORE e LAVORO:    
  1 kcal=4187 Joule=427 Kpm    
  1 kcal può sollevare 427 Kp all'altezza di 1 metro, oppure 1 Kp a 427 metri    
  1kcal (una kilocaloria) è il Calore necessario per riscaldare di 1oK (dai 14oC ai 15oC) 1kg di H2O    
       
   E’ opportuno precisare che per costruire i seguenti CICLI ENTROPICI abbiamo adottato alcuni dei FLUIDI impiegati negli attuali Impianti FRIGORIFERI, pur non avendo una TEMPERATURA di CONGELAMENTO abbastanza BASSA da impedire AGGIUNTE di altro CALORE a quello fornito dall'UNICA SORGENTE TERMICA AMBIENTALE, tuttavia anch'ESSI con RENDIMENTO UITARIO.    
       
  In alternativa si spera di INVENTARE nuovi FLUIDI Frigoriferi con PUNTI CRITICI a Temperature più BASSE, affinché quell’UNICA SORGENTE Termica BASTI (da sola) a garantire in qualsiasi LUOGO lo svolgimento dei CICLI  ENTROPICI senza AGGIUNTE di altro CALORE.    
       
       
       
  DESCRIZIONE    
       
  Nel Campo (ACBA),(fig.3), lo STATO FISICO del Miscuglio M=(M'+M") di TITOLO x=M"/M, formato da un LIQUIDO (M') col suo VAPORE (M"), può essere definito dal Differenziale di CLAPEYRON, che dipende dalla TERNA (Pressione, Temperatura, Titolo) e si risolve con INTEGRALIi del tipo ϕ(p,T,x)=0 ⇔  p=f(T,x), incluso il VAPORE SATURO creato durante le EBOLLIZIONI (dT=0),(dp=0) nell’Intervallo (0≤x≤1), sulle orizzontali di (ACBA).    
       
  ϕ(p,T,x)=0   ⇔    p=f(T,x)    
       
  Peraltro, le Trasformazioni p=f(T,xO) a TITOLO costante (dx=0) si svolgono sulle ISOTITOLO (FC),(dx=0) comprese fra le 2 CURVE Limiti (AC),(BC) di (ACBA), dove ogni Incremento ISOTERMO di PRESSIONE (dT=0),(Δp>0) richiede un Incremento ISOBARO di TEMPERATURA (dp=0),(ΔT>0), e Viceversa.    
       
  Sono queste le principali NOVITA’, che consentono di costruire (fig.3,5,7) interessanti CICLI Termodinamici. Infatti sulla CURVA Limite (AC),(x=0) si trovano i PRIMI LATI (1-2),(dp=0),(ΔT>0) dei CICLI ENTALPICI, mentre le altre ISOTITOLO (FC),(dx=0) definiscono una serie di nuovi (inattesi) CICLI TERMICI (O,P,3,4,5,O) ottenuti spostando il Primo LATO (OP),(dp=0),(ΔT>0) fra le 2 Curve Limiti (AC),(BC), sulle Orizzontali di (ACBA).
In questi casi il MISCUGLIO viene COMPRESSO (Dp>0),(dT=0) nel Punto INIZIALE (O) e poi RISCALDATO (dp=0),(DT>0) sulla ISOTITOLO (FC),(dx=0) del PRIMO Lato (OP).

 
   
  Ricordiamo inoltre il nuovo Concetto di ENTROPIA, un insolito DIFFERENZIALE dS=δQ/T legato dal FATTORE INTEGRANTE (1/T) al generico SCAMBIO TERMICO Q=γ(δQ)≠∫(TdS), quando le ISENTROPICHE (dS=0) risultano DIFFERENTI dalle ADIABATICHE (δQ≠0) e quindii ∀(dQ≠dS) l’ENTROPIA dS=δQ/T NON può rappresentare l’ESPRESSIONE Matematica del SECONDO PRINCIPIO.    
       
  Fanno eccezine le TRASFORMAZIONI dove anche lo SCAMBIO TERMICO Q=γ(δQ) diventa un DIFFERENZIALE (δQ=dQ) invertibile (δQ=TdS) ⇔ (dS=δQ/T) con l’ENTROPIA (dS=δQ/T), come nelle ISOCORE (dV=0) e/o nelle ISOBARE (dp=0) dei CICLI ENTALPICI, dove δQ equivale alla ENERGIA INTERNA (δQ)V=(dU)V e/o alla ENTALPIA (δQ)p=(dH)p, inoltre nei GENERATORI di VAPORE (dV=0),(dp=0).    
       
  Nascono così i CICLI ENTROPICI (O→P→3→4→5→O) dove il RENDIMENTO cresce ∀(x>0) diventando UNITARIO nell'Intervallo (x5≤x≤1), dal CICLO (5→M→3→4→5),(fig.5) al CICLO  (N→3→4→5→N),(fig.7).    
       
  Questi particolari CICLI TERMICI (fig.5,7), PRIVI di CONDENSAZIONE, acquistano notevole importanza con l’impiego di FLUIDI Frigoriferi a BASSO CONGELAMENTO (es. i FREON), che nelle Condizioni OTTIMALI rispetto alla TEMPERATURA Esterna consentono SCAMBI ENERGETICI (δQ,δL) quasi GRATUITI, quando TUTTO il CALORE si trasforma in LAVORO MECCANICO ottenendo il MOTO PERPETUO di SECONDA SPECIE.    
       
  Quindi l’ENTROPIA dS=δQ/T non può rappresentare il SECONDO PRINCIPIO della TERMODINAMICA, nemmeno nelle Condizioni di INVERTIBILITA' (dS=δQ/T)⇔(δQ=TdS), tenuto conto (come faremo) che il CICLO di CARNOT Invertibile non può confondersi con la MACCHINA TERMICA che lo GESTISCE.    
       
   I Cicli ENTROPICI (O→P→3→4→5→O), aventi le stesse Fasi (→) del CICLO HIRN (O→P→3→4→5→O) nel Piano Entropico Ω(T,S), acquistano notevole importanza  utilizzando FLUIDI a BASSO CONGELAMENTO (Freon, Ammoniaca, Anidride Carbonica, ecc.), fissate le 2 ISOTEROBARICHE estreme (dT=0),(dp=0) compatibili con la SORGENTE TERMICA e l’ESPANSIONE Isoentropica (dS=0) della TURBINA.    
       
       
       
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MURONE TERMODINAMICA


 

GESTIONE