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.

 
       
       
       
       
    (11)  
       
       
       
       
    Cicli Entropici, Moto Perpetuo di Seconda Specie  
    MACCHINE TERMICHE A VAPORE  
    con RENDIMENTO UNITARIO  
    Versione integrale del Terzo Brevetto, Attestato (link 19)  
   
 
 
       
       
       
       
       
    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 si crede) nella zona LIQUIDA ma sulla PRIMA curva ISOTITOLO (x=M”/M=0),(M”=0) nel CAMPO (ACBA) del VAPORE SATURO.  
       
     Perciò 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 (O→P) nell’INTERVALLO (0≤x≤1).  In tal modo la CONDENSAZIONE del MISCUGLIO (M) DIMINUISCE nell’INTERVALLO (0≤x≤x5), (da x=0 a x= x5) e si ANNULLA ∀(x5≤x≤1), dove il MISCUGLIO (M) si RISCALDA (evapora) per diventare VAPORE SECCO (x=1), mentre il RENDIMENTO cresce fino al valore UNITARIO. Lo scopo è quello di ELIMINARE la Fase di CONDENSAZIONE affinché il RENDIMENTO diventi 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 dall'AMBIENTE CIRCOSTANTE (Tavole 2,3,4).  
       
    Questo a titolo PROVVISORIO, finché non si riesca a inventare nuovi FLUIDI FRIGORIFERI con TEMPERATURE di CONGELAMENTO più BASSE, tali da ottenere in ogni luogo LAVORO MECCANICO soltanto a spese di un’UNICA SORGENTE, come l’AMBIENTE CIRCOSTANTE, ottenendo il mitico MOTO PERPETUO di SECONDA SPECIE.  
       
       
   
 
    Gli ultimi due GRAFICI, fig.5 e fig.7, riportati sulle prime pagine dei più importanti MOTORI DI RICERCA, descrivono il funzionamento di un MOTORE TERMICO A RENDIMENTO UNITARIO.  E' incomprensibile che nessun COMPETENTE si sia ACCORTO della loro IMPORTANZA, sia pure per CONTESTARNE  l’assurda(?) pretesa di risolvere l'attuale CRISI ENERGETICA con l'ELIMINAZIONE del PETROLIO.  
       
       
       
       
     INTRODUZIONE  
       
      Nel Piano Entropico Ω(T,S) il MISCUGLIO (M) di 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) del GAS (Reale, Ideale) tangente nel Punto CRITICO (C) di (ACBA), trascurando il sottostante SOLIDO-VAPORE, poco interessante.  
       
     Anche 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, tenuto conto delle altre tre FUNZIONI di STATO: CALORE di TRASFORMAZIONE r=r(T,x), VOLUME SPECIFICO del VAPORE v"=v"(T,x) e VOLUME SPECIFICO del LIQUIDO v'=v'(T,x).  
       
     
    φ(p,T,x)=0     p=f(T,x)  
       
    Questa EQUAZIONE definisce tutte le TRASFORMAZIONI IsoTermoBariche (dT=0)⇔(dp=0), dove a ogni Trasformazione ISOTERMA (dT=0) della Tempratura CORRISPONDE (⇔) una TTASFORMAZIONE ISOBARICA (dp=0) della Pressione e viceversa, un VINCOLO Termodinamico ESISTENTE qualunque siano i VALORI NUMERICI delle altre GRANDEZZE FISICHE (Volume,Titolo, Entalpia, Entropia, ecc.), IGNORANDOLE 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) si trova su 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, con la conseguente VARIAZIONE del TITOLO (x=M”/M) nell’INTERVALLO (0≤x≤1).  
       
     Peraltro TUTTE le TRASFORMAZIONI ϕ(p,T,xO)=0 a TITOLO COSTANTE (x=x0), senza aggiunte o sottrazioni di MISCUGLIO, si SVOLGONO 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), compresi fra DUE differenti IsoTermoBariche (dT=0)(dp=0)(orizzontali) del VAPORE SATURO.  
       
     Questi INCREMENTI (dT=0),(Δp>0) o (dp=0),(ΔT>0) AVVENGONO quando la CONDENSAZIONE o l’EVAPORAZIONE del Miscuglio SI ARRSTA in un PUNTO qualsiasi dell’INTERVALLO (0≤x≤1), sulle orizzontali del VAPORE SATURO, e CONFERMANO 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).  
     Ciò ACCADE anche nei PRIMI LATI di particolari CICLI TERMICI che abbiamo chiamato CICLI ENTALPICI e CICLI ENTROPICI, impropriamente considerati come VARIANTI del CICLO RANKINE, il cui PRIMO LATO non si svolge nella Zona Liquida ma (per quanto precede) sulla PRIMA ISOTITOLO (x=0) di (ACBA).  
       
     Con queste premesse, in questa Pagina ci occupiamo 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) la ISOTITOLO (dx=0) del PRMO LATO (O→P) nell'Intervallo (0≤x≤1), quando (fig.3) il CALORE ISOBARICO (dp=0) RICEVUTO (O→P→3→4) MENO il CALORE ISOTERMICO (dT=0),(dp=0) RESO (5→O), rappresenta il LAVORO ISENTROPICO (4→5)(dS=0) della TURBINA,  
       
     In questi casi Il LAVORO ENTROPICO (4→5)(dS=0) NON risulta EQUIVALENTE all’AREA RACCHIUSA, che 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) mentre il RENDIMENTO cresce fino al valore UNITARIO.  
     Peraltro, quasi tutte le Trasformazioni dei Cicli ENTROPICI (O→P→3→4→5→O) (fig.3,5,7) sono ANALOGHE a quelle del CICLO RANKINE-HIRN, impiegando non soltanto H2O ma qualsiasi altro FLUIDO TERMODINAMICO. In particolare la ISOTITOLO (x=0) del PRIMO LATO (O→P)  inizia con la COMPRESSIONE ISOTERMICA (Δp>0),(dT=0) nel PUNTO INIZIALE (O) e prosegue col RISCALDAMENTO ISOBARICO (ΔT>0),(dp=0) del PRIMO LATO (OP).  
       
     In effetti, spostando a destra il PRIMO LATO del CICLO RANKINE, il CALORE LATENTE di Condensazione DIMINUISCE fino all’incontro con l’IENTROPICA (dS=0), dove si ANNULLA per poi AUMENTARE nel verso OPPOSTO, quando il RISCALDAMENTO ISOTITOLO (dx=0) del PRIMO LATO (O→P) SUPERA il LAVORO ISENTROPICO (dS=δQ/T=0) della TURBINA mentre la differenza viene CEDUTA durante la successsiva EVAPORAZIONE Isotermobarica del LIQUIDO.  
       
      Per questi motivi li abbiamo chiamati CICLI ENTROPICI.  In corrispondenza il RENDIMENTO aumenta fino al valore UNITARIO, trasformando in LAVORO Meccanico tutto il CALORE fornito da un’UNICA SORGENTE TERMICA, che potrebbe essere l’AMBIENTE ESTERNO, 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
 
       
     Quindi conviene impiegare FLUIDI a BASSAìO CONGELAMENTO, precisando che per costruire i seguenti CILLI ENTROPICI (Tavole 1,2,3,4) abbiamo IMPIEGATO alcuni dei FLUIDI TERMODINAMICI degli attuali IMPIANTI FRIGORIFERI,  come Ammoniaca, Anidride Carbonicae e Freon, di cui si conoscono le principali proprietà termodinamiche, Tabelle (A,B,C,D), pur non avendo una TEMPERATURA di CONGELAMENTO abbastanza BASSA per impedire piccole aggiunte di CALORE all’UNICA SORGENTE AMBINTALE.  
       
      In alternativa si SPERA di trovare altri FLUIDI FRIGORIFERI con Punto Critico a BASSA TEMPERATURA, prossima alle più rigide ambientali, affinché una SOLA SORGENTE sia sufficiente a garantire in ogni luogo lo svolgimento dei Cicli ENTROPICI con RENDIMENTO UNITARIO, senza aggiunte di altro CALORE.  
       
       
       
    RIASSUNTO (fig. 3,5,7).  
       
     Lo Stato Fisico del MISCUGLIO (M=M'+M") di TITOLO (x=M"/M), formato da un LIQUIDO (M') col suo VAPORE (M"), può esprimersi col seguente Differenziale di CLAPEYRON (α) che si risolve con INTEGRALI del Tipo p=f(T,x), includendo il VAPORE SATURO prodotto dal CALORE LATENTE durante le EBOLLIZIONI e definito (fig.1,2) dalle IsoTermoBariche (dT=0),(dp=0) nei Sottoinsiemi dell’INTERVALLO (0≤x≤1), sulle orizzontali di (ACBA).  
       
     Peraltro tutte le TRASFORMAZIONI p=f(T,xO) a TITOLO COSTANTE (dx=0) si SVOLGONO sulle ISOTITOLO (FC),(dx=0) comprese fra le due CURVE Limiti (AC),(BC) di (ACBA), fino al RIPRISTINO di altre EBOLLIZIONI. A quelle ISOTITOLO (FC),(dx=0) appartengono (fig.3,5,7) i PRIMI LATI (OP),(dx=0),(dp=0) dei nuovi CICLI TERMICI (O→P→3→4→5→O) dove (coma abbiamo detto) il LAVORO (4→5) NON è rappresentato dall'AREA RACCHIUSA, che (in questi casi) DIMINUISCE nell'Intervallo (0≤x≤X5), poi si ANNULLA nell'Isentropica (dS=0) e infine si INVERTE nel successivo INTERVALLO (x5≤x≤1),  
       
     Durante lo spostamento (0≤x≤1) di (O→P) fra le Curve Limiti (AC),(BC), anche il CALORE LATENTE IsoTermoBarico (dT=0),(dp=0) si INVERTE (cambia segno) e quindi le ISOENTROPICHE (4→5),(dS=0) NON coincidono con le ADIABATICHE (δQ=0).    
       
     In questi casi il generico SCAMBIO TERMICO diventa il DIFFERENZIALE (δQ=dQ=TdS) di determinate PRIMITIVE TERMICHE ∆Q=∫TdS, invertibili (dS=δQ/T)⇔(δQ=TdS) con l’ENTROPIA (dS=δQ/T), che abbiamo RISOLTO in Termini Finiti con EQUAZIONI di STATO ∆S=f(F,s)=g(p,V) nei Piani MECCANICI (F,s),(p,V), dove le ISENTROPICHE (dS=0) formano un Insieme di CURVE INTEGRALI f(F,s)=g(p,V)=Cost NON Adiabatiche (δQ≠0), come in effetti ACCADE nellei MACCHINE TERMICHE (δQ⇒δL) di cui ci occupiamo.  
       
     Nascono così (fig.3,5,7) i CICLI  ENTROPICI (O→P→3→4→5→O) dove il RENDIMENTO cresce ∀(x>0), diventando UNITARIO ∀(x≥x5) dal CICLO (5,M,3,4,5),(fig.5,6) al CICLO (N,3,4,5,N),(fig.7,8). Questi particolari CICLI TERMICI (fig.5,7), privi di CONDENSAZIONE, acquistano NOTEVOLE IMPORTANZA con l’impiego di Fluidi Frigoriferi a BASSO CONGELAMENTO, che consentono Scambi Energetici (δQ,δL) quasi GRATUITI.
 
 
       
       
     DESCRIZIONE  
       
    Nel Piano ENTROPICO Ω(T,S) si rappresentano facilmente (fig.1,2) i principali STATI di AGGREGAZIONE della Materia (es.H2O), SOLIDO (S), LIQUIDO (L), VAPOR (V), GAS (G), e il CAMPO di Esistenza (ACBA) del MISCUGLIO M=(M'+M") di TITOLO x=(M"/M), formato da un LIQUIDO M'(x=0) col suo VAPORE M"(x=1), il cui  STATO FISICO  dipende (GIBBS) da due VARIABILI e può esprimersi col seguente DIFFERENZIALE di CLAPEYRON in funzione della TERNA (Pressione, Temperatura e Titolo) che si RISOLVE con INTEGRALI del tipo p=f(T,x), essendo v'(T),v"(T),r(T) i VOLUMI SPECIFICI v(m3/kg) e il CALORE di TRASFORMAZIONE r(J/kg) delle DUE FASI (M',M"):  
   
 
   
φ(p,T,x)=0      p=f(T,x)
 
       
     Essa include il VAPORE SATURO creato dal CALORE LATENTE durante le EBOLLIZIONI, definito dalle IsoTermoBariche (dT=0),(dp=0) nell’INTERVALLO (0≤x≤1), sulle orizzontali di (ACBA), dove la COPPIA COSTANTE (T,p) rende INDETERMINATE le altre VARIABILI (Entalpia, Entropia, Titolo, Volume).  
       
     Peraltro tutte 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), tenuto conto che in questi CASI (dx=0) qualsiasi Incremento ISOTERMICO di PRESSIONE (dT=0),(∆p>0) richiede un Corrispondente Incremento ISOBARO di TEMPERATURA (dp=0),(∆T>0) fino al RIPRISTINO di altre EBOLLIZIONI, affinché RISULTI  p=f(T,x).  
       
     A quelle ISOTITOLO (FC),(dx=0) appartengono i PRIMI LATI (OP),(dx=0),(dp=0) di nuovi CICLI TERMICI (OP345O) dove lo stesso LAVORO (4-5) NON può rappresentare le differenti Aree Racchiuse ∫δQ≥0, a causa del CALORE LATENTE (5-O) che ∀(x≥x5) si INVERTE (cambia SEGNO) nell’ Intervallo (5→N) e quindi le ISENTROPICHE (4→5),(dS=0) NON coincidono con le ADIABATICHE (δQ=0).  
       
     Infatti, lo SCAMBIO TERMICO  δQ≥0 diventa il DIFFERENZIALE dQ=TdS di particolari PRIMITIVE Termiche ∆Q=∫TdS, INVERTIBILI (dS=δQ/T)⇔(δQ=TdS) con l’ENTROPIA dS=δQ/T, che abbiamo RISOLTO con EQUAZIONI di STATO ∆S=f(F,s)=g(p,V), nei PIANI MECCANICI O(F,s),O(p,V).  
       
     In questi casi le ISOENTROPICHE (dS=0) formano un Insieme di CURVE INTEGRALI f(F,s)=g(p,V)=Cost NON ADIABATICHE (δQ>0), mentre δQ equivale alla ENERGIA INTERNA (δQ)V=(dU)V e/o alla ENTALPIA (δQ)p=(dH)p lungo le ISOCORE (dV=0) e/o le ISOBARICHE (dp=0), inoltre nei GENERATORI di VAPORE dove risulta (dV=0),(dp=0).  
       
     Nascono così i CICLI  ENTROPICI (O→P→3→4→5→O) dove il RENDIMENTO cresce ∀(x>0), diventando UNITARIO ∀(x≥x5) dal CICLO (5→M→3→4→5),(fig.5) al CICLO (N→3→4→5→N),(fig.7), i quali assumono notevole importanza con l’impiego dei FLUIDI FRIGORIFERI a BASSO Congelamento (es. i Freon), che nelle condizioni OTTIMALI (rispetto alla Temperatura Esterna) consentono di ottenere SCAMBI ENERGETICI (δQ,dL) quasi  GRATUITI .  
       
     Si tratta di inconsuete IPOTESI di cui cercheremo di Verificare la presunta AFFIDABILITA. Peraltro, in ogni Trasformazione p=f(T,x) il POTENZIALE ENTALPICO dH=δQ+vdp definisce le ISOBARE (dp=0), le ADIABATICHE (δQ=0), le ISOTITOLO (QOP), infine il BILANCIO TERMICO (Q1,Q2) e il RENDIMENTO come segue:  
   
 
 
       
     Peraltro (fig.3,5,7) lo SCAMBIO TERMICO (δQ) diventa il DIFFERENZIALE dQ=δQ=TdS definito dalla INVERTIBILITA’ (dS=δQ/T)⇔(δQ=TdS) con l’ENTROPIA dS=δQ/T. Inoltre, spostando il PRIMO Lato (OP),(dp=0),(dx=0), dalla Curva Limite del LIQUIDO (AC),(x=0) a quella del VAPORE (BC),(x=1), diminuisce il CALORE LATENTE Q2=(H5-HO) che ∀(x≥x5) si INVERTE (cambia segno) e il RENDIMENTO diventa UNITARIO (η=1, come dimostra il BILANCIO (3) del CICLO (N→3→4→5→N) e la seguente EQUIVALENZA (Q=L) ):  
     
 
       
     Oltre al RENDIMENTO UNITARIO, l’EQUAZIONE (5) rappresenta l’EQUIVALENZA (Q⇔L) fra CALORE (Q) e LAVORO (L), cioè la LEGGE di JOULE, come risulta:  
       
       
       
     Erroneamente si suppone che l’EQUIVALENZA (6) rappresenti le Aree Racchiuse da tutti i CICLI TERMICI. -In effetti questo è VERO nei CICLI ENTALPICI (del precedente Brevetto) ma NON nei CICLI ENTROPICI (O→P→3→4→5→O),(fig.3,5,7), come dimostrano i seguenti INTEGRALI (7) del CALORE ENTALPICO (QE) e del CALORE ENTROPICO (QS), estesi ai PRIMI LATI (O→P)(FC),(x=0), ottenendo QE=QS soltanto per (O→P)(AC),(x=0) mentre invece risulta QE≠QS ∀(O→P)(AC),(dx=0), come CONFERMA (vedi Tabelle) l’INTEGRALE QOP≠Tm(SP-SO):  
   
 
 
       
     Dunque il RENDIMENTO cresce nell’Intervallo (o≤x5) e diventa UNITARIO ∀(x≥x5), dal CICLO (5→M→3→4→5),(fig.5,6) al CICLO (N→3→4→5→N),(fig.7,8).
In questi particolari CICLI ENTROPICI (fig.5,7), privi di CONDENSAZIONE, diventa CONVENIENTE l’impiego dei FLUIDI FRIGORIFERI a BASSO  Congelamento  (NH3, CO2, SO2, CH4, C2H4, C2H6, C2H8, CH3Cl, i FREON, ecc.), che nelle Condizioni OTTIMALI consentono SCAMBI ENERGETICI (δQ,δL) quasi  GRATUITI.
 
       
     A differenza delle altre FUNZIONI di STATO, i Postulati di CARNOT-CLAUSIUS definiscono il Differenziale dS=δQ/T dell’ENTROPIA (ΔS) in modo SPERIMENTALE, includendo l’insolita REVERSIBILITA’ dS⇔δQ che Trasforma lo SCAMBIO TERMICO (δQ) in un DIFFERENZIALE δQ=dQ=TdS.  
       
    Siccome CIO’ accade SOLO in DETERMINATI CASI, si deduce che NON Sempre (o forse MAI) l’ENTROPIA rappresenta il SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA, tenendo conto (come faremo) della MACCHINA PERFETTA che Gestisce il CICLO di CARNOT Invertibile.  
       
     Abbiamo dimostrato 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 (6→1→2→3→4→5→6),(fig.3), impiegato negli Impianti a VAPORE, non si trova (come erroneamente si crede) nella ZONA Liquida ma sulla prima CURVA Isotitolo (x=M”/M=0),(M”=0).  
       
      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 (O→P) nell’Intervallo (0≤x≤1). In tal modo la CONDENSAZIONE del MISCUGLIO (M) DIMINUICE nell’INTERVALLO (0≤x≤5),(da x=0 a x= x5) e si ANNULLA in tutto il successivo INTERVALLO (x5≤x≤1), dove (M) si RISCALDA (evapora) per diventare VAPORE SECCO (x=1), mentre il RENDIMENTO cresce fino al valore UNITARIP. Lo scopo è quello di ELIMINARE la CONDENSAZIONE affinché il RENDIMENTO diventi UNITARIO  
       
     Nelle attuali CENTRALI TERMICHE conviene sostituire il CICLO RANKINE con qualcuno dei CICLI ENTROPICI a RENDIMENTO UNITARIO, 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 FRIGORIFERI (Ammoniaca, Anidrite Carbonica, Freon e altri) in grado di utilizzare gran parte del CALORE proveniente da un' UNICA SORGENTE TERMICA che potrebbe essere l'ambente Circostante (Tavole 2,3,4).  
       
     Questo a titolo provvisorio, almeno finché (in alternativa) non si riesca a inventare nuovi FLUIDI Frigoriferi più convenienti, con TEMPERATURE di CONGELAMENTO abbastanza BASSE, tali da ottenere in ogni luogo LAVORO MECCANICO solo a spese di quell’UNICA SORGENTE TERMICA, ottenendo in mitico MOTO PERPETUO di SECONDA SPECIE.  
       
     Descriviamoli brevemente, dal CICLO Generico (O→P→3→4→5→O), (fig.3), ai 2 CICLI con RENDIMENTO UNITARIO, quello intermedio (O=5→)(P=M)→3→4→(O=5), (fig.5), inoltre quello a DESTRA (O=N)→(P=3)→4→5→(O=N),(fig.7), tenendo conto dei possibili ERRORI, SPILLAMENTI di VAPORE, ecc..  
       
       
       
     ACICLO ENTROPICO (O→P→3→4→→5→O), (fig.3,4).  
     Nel Punto Iniziale O,(p1),(T1),(x=xO),  la Pompa di (PA) comprime il Miscuglio (p1→p2),(T1),(x=xO), poi si Riscalda (p2),(T1→T2),(x=xO) sulla IsoTitoloIsoBarica (O→P),(x=xO) fino al ripristino (in P) della nuova IsoTermoBarica (P-3),(p2),(T2),(xO≤x≤1), quindi diventa Vapore sulla (P-3),(p2),(T2=T3)(x=1), Surriscalda (3-4),(p2),(T3→T4),(x=1), Espande (4-5),(p2→p1),(T4→T1),(x=x5), prosegue la Condensazione (5→O),(p1),(T1),(xO≤x≤x5), infine la Pompa (PE) lo convoglia nel Pozzo (Z), per ricominciare in (PA).  
       
       
       
    BCICLO ENTROPICO (O=5)→(P=M)→3→4→(O=5),(fig.5,6) .
Nel Punto Iniziale (O=5),(p1),(T1),(x=x5), la Pompa (PA) comprime il Miscuglio (p1→p2),(T1),(x=x5),  che si Riscalda (p2),(T1→T2),(x=x5) sulla Curva ISOTITOLO-lSOBARICA (5-M),(x=x5), quindi EVAPORA (p2),(T2=T3),(x=1) sulla IsoTermoBarica (M→3), SURRISCALDA (3→4),(p2),(T3→T4),(x=1) poi si ESPANDE (4→5),(p2→p1),(T4→T1)(x=x5), infine la P0mpa (PA) lo convoglia nel Pozzo (Z), per ricominciare in (PA).
 
       
       
       
    CCICLO ENTROPICO (O=N)→(P=3)→4→5→(O=N), (fig.7,8).
Nel Punto Iniziale (O=N),(p1),(T1),(x=1), la Pompa di (PA) COMPRIME il VAPORE (M"),(p1→p2),(T1),(x=1), che si RISCALDA (p2),((T1→T2),(x=1) sulla ISOTITOLO ISOBARICA (N→3),(x=1) fino a raggiungere la nuova IsoTermoBarica nel PUNTO (P=3),(p2),(T2=T3),(x=1), quindi SURRISCALDA sulla (3→4),(p2),(T3→T4),(x=1), ESPANDE in (4→5),(p2→p1),(T4→T1),(x=x5), poi la Pompa (PA) lo convoglia nel Pozzo (Z), infine completa (in G) l’Evaporazione IsoTermoBarica (5→N),(p1),(T1),(x=1), per ricominciare in (N),(PA).
 
       
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     A questo punto la RICERCA può dirsi CONCLUSA, essendo FACILMENTE REALIZZABILI i precedenti CONCETTI e  APPLICAZIONI. Per il Resto conviene approfondire in altra SEDE la scelta dei FLUIDI TERMODINAMICI, specialmente quelli FRIGORIFERI, assieme ai PROGETTI ESECUTIVI dei relativi IMPIANTI.  
       
     Tuttavia PROSEGUIREMO brevemente l’Analisi del CICLO ENTROPICO (N→3→4→5→N),(fig.7,8) con l’impiego di 4 FLUIDI (Tav.1,2,3,4), cioè ACQUA (H2O), FREON-12 (CF2Cl2), AMMONIACA (NH3) e ANIDRIDE-CARBONICA (CO3), nelle normali Condizioni Termodinamiche.  
       
     A tale scopo, per SEMPLIFICARE i CALCOLI, applichiamo le seguenti EQUAZIONI COMPARARATIVE fra le principali VARIABILI del VAPORE SATURO, che sono TITOLO (x5), ENTROPIA (S5), ENTELPIA (H5), a parte l’ipotetica PORTATA m=10(kg/s)=0,1(kg/Ciclo), RIPARTITA ad esempio in 100(Cicli/s), che serve soltanto per valutare la probabile POTENZA MEDIA N=mL(kW) e l’ORDINE di GRANDEZZA degli IMPIANTI, confermando i rispettivi RENDIMENTI UNITARI.  
       
   
 
       
   
 I seguenti CALCOLI si riferiscono al CICLO ENTROPICO di DESTRA (O=N)→(P=3)→4→5→(O=N),(fig.7), dove resta SOTTINTESA (per semplicità non si nomina) la COMPRESSIONE ISOTERMICA (Δp>0),(dT=0) della POMPA (Pa) nel PUNTO INIZIALE (O=N).
 
       
       
       
     1)  H2O (Acqua), CICLO ENTROPICO (O=N)→(P=3)→4→5→(O=N), (Tab.A, Tav.1, fig.7,8)  
     Il MISCUGLIO (M),(x=x5) diventa VAPORE (M"),(x=1) sulla IsoTermoBarica (5→N), che si RISCALDA lungo la ISOTITOLO ISOBARICA (N→3)∈(BC), poi Surriscalda in (3→4),(p2),(T4), infine ESPANDE (p2→p1),(T4→T1) in (4→5).  Si ASSEGNANO (Tab.A) T1=20(0C), H1=84, HN=2537, S1=0,296, SN=8,666, T2=200(0C), quindi (fuori Tabella) T4=400(0C), H4=3254, S4=S5=7,243, inoltre i valori (8) di (x5),(H5) e la Portata m=10(kg/s), per ottenere il BILANCIO Termico (3) del CICLO, cioè il LAVORO (L) col RENDIMENTO Unitario (η=1):  
       
   
 
       
     Spostando il PRIMO Lato (N→3),(x=1) sulla Curva Limite del LIQUIDO (1→2)∈(AC),(x=0), si ottiene il corrispondente CICLO HIRN   (1→2→3→4→5→1) dove la CONDENSAZIONE (5→1) dà lo stesso LAVORO L=(H4-H5)=1134(kJ/kg) con RENDIMENTO (η=0,36) INFERIORE del 64% rispetto al PRECEDENTE (η=1):  
       
     
       
       
       
     2)  CF2Cl2 (Freon-12), CICLO ENTROPICO (O=N)→(P=3)→4→5→(O=N), (Tab.B, Tav.2, fig.7,8).  
     Il Miscuglio (M),(x=x5) EVAPORA (M"),(x=1) sulla IsoTermoBarica (5→N), poi si RISCALDA sulla Isotitolo-Isobara (N→3)∈(BC), SURRISCALDA (3→4), infine ESPANDE (4→5). Si ASSEGNA (Tab.B) T1=-70(0C), H1=359, HN=539, S1=3,938, SN=4,842, T2=+10(0C), inoltre (fuori Tab.) T4=+30(0C), H4=590, S4=S5=4,790, infine la PORTATA m=10(kg/s)=0,1(kg/Ciclo), con i seguenti RISULTATI:  
       
     
       
       
       
    3) NH3 (Ammoniaca) CICLO ENTROPICO (O=N)→(P=3)→4→5→(O=N), Tab.C, Tav.3, (fig.7,8).  
   
Il MISCUGLIO (M),(x=x5) EVAPORA (M''),(x=1) lungo la IsoTermoBarica (5→N), quindi si RISCALDA sulla ISOTITOLO-ISOBARICA (N→3)∈(BC), poi SURRISCALDA (3→4) in S, infine si ESPANDE (4→5). Si ASSEGNA (Tab.C) T1=-60(0C), H1=151, HN=1591, S1=3,084, SN=9,842, T2=+100(0C), inoltre (fuori Tabella) T4=150(0C), H4=1890, S4=S5=8,25, infine la PORTATA m=10(kg/s)=0,1(kg/Ciclo):
 
       
   
 
 
       
       
       
    4)  CO2 (Anidride Carbonica) CICLO ENTROPICO (O=N)→(P=3)→4→5→(O=N), (Tab.D, Tav.4, fig.7,8)
 Il Miscuglio (M) (x=x5) EVAPORA (M")(x=1) sulla IsoTermoBarica (5→N), si RISCALDA sulla ISOTITOLO-ISOBARICA (N→3)∈(BC), SURRISCALDA (3→4), infine ESPANDE T(4→5).  Si ASSEGNA (Tab.D) T1=-50(0C), H1=314, HN=651, S1=3,777, SN=5,288, T2=+10(0C), poi (fuori Tab.) T4=50(0C), H4=709, S4=S5=5,192, la PORTATA m=10(kg/s)=0,1(kg/Ciclo):
 
       
   
 
       
   
 
 
       
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    CONCLUSIONE  
       
     La Ricerca suppone l’effettiva possibilità di realizzare tutti i CICLI ENTROPICI (fig.3,5,7) descritti in questo Brevetto e Riassunti in A),B),C), qualunque siano le apparecchiature eventualmente dotate di opportune modifiche, ad esempio quelle che possono agevolare le Trasformazioni IsotitoloIsobariche dei Primi Lati (OP)∈(FC),(dx=0), tenendo conto dei Recuperi (fig.4) ottenuti mediante trasmissioni di Calore dalla Zona Alta (S) alla Zona Bassa (E) del Generatore (G).  
       
     Questi nuovi CICLI TERMICI interessano tutti gli IMPIANTI a VAPORE, includendo i DISTILLATORI, in particolare le MACCHINE FRIGORIFERE. Inoltre nei PRIMI LATI (OP)∈(AC),(dx=0) risulta dH=dQ≠TdS, essendo (vedi Tabelle) ΔH≠TmΔS. Quindi (fig.3,5,7) lo stesso LAVORO L=(H4-H5) NON equivale alle Aree Racchiuse (dQ≠TdS) e NON dipende dalla ENTROPIA (dS=δQ/T) del Fluido.  
       
     In ogni caso il RENDIMENTO cresce ∀(x>0), raggiungendo il valore UNITARIO (η=1) ∀(x5≥xO) dal CICLO (5,M,3,4,5),(fig.5,6) al CICLO (N,3,4,5,N),(fig.7,8), dove lo SCAMBIO ENERGETICO (Calore δQ e Lavoro δL) diventa quasi GRATUITO con l’impiego di opportuni FLUIDI FRIGORIFERI a Basso Congelamento, posizionando (almeno in parte) i rispettivi Diagrammi ENTROPICI al disotto della Temperatura Esterna (TE).  
       
     Peraltro, con opportuni AUTOMATISMI la posizione delle IsoTermoBariche estreme (1-N),(2-3), rispetto alla Temperatura Esterna (TE) e al Punto Critico (C), può essere OTTIMIZZATA in Tempi Reali, trasformando Istante per Istante tutto il CALORE in ENERGIA di PRIMA SPECIE.  
       
     Comunque (ripetiamolo) ci troviamo di fronte ad una autentica VERITA’ ASSOLUTA fondata essenzialmente sul VERO Concetto di ENTROPIA, una FUNZIONE di STATO S=f(F,s)=g(p,V) incompatibile con i POSTULATI di CARNOT e CLAUSIUS, cioè col SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA, un imprevisto Evento Straordinario che  realizza (diciamolo pure) il cosiddetto MOTO PERPETUO di SECONDA SPECIE.  
       
       
       
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    RIVENDICAZIONI  
    I) CICLI-ENTROPICI con RENDIMENTO-UNITARIO specificati in precedenza, di cui RIVENDICHIAMO le possibili MODIFICHE e APPLICAZIONI in quanto rappresenta una NOVITA’, addirittura INCOMPATIBILE col SECONDO-PRINCIPIO-DELLA-TERMODINAMICA, dove i Primi-LATI (OP),(dp=0),(∆T≠0) appartengono alle ISOTITOLO (FC),(dx=0) comprese fra le Curve-Limiti (AC),(BC) di (ACBA), mentre lo SCAMBIO-TERMICO (QOP) produce un Incremento-ISOBARICO di TEMPERATURA (dp=0),(∆T≠0) fino al ripristino delle EBOLLIZIONI che si SVOLGONO sulle ISOTERMOBARICHE (P-3),(dp=0),(dT=0),(0≤x≤1) del VAPORE SATURO. In questi CASI il CALORE-LATENTE (5-O),(dp=0),(dT=0),(0≤x≤1) si INVERTE (cambia SEGNO) nel PUNTO (5),(x=x5) mentre il RENDIMENTO cresce (x>0) diventando UNITARIO ∀(x≥x5) dal CICLO (5,M,3,4,5),(fig.5) al CICLO (N,3,4,5,N),(fig.7). In particolare, il Primo-LATO (1-2),(dp=0),(∆T≠0) del CICLO-RANKINE-HIRN non si svolge come si CREDE nella Zona-LIQUIDA (L) ma sulla Prima-ISOTITOLO adiacente (AC),(dp=0),(∆T≠0) di (ACBA).  
    II) CICLI-ENTROPICI della precedente Rivendicazione come descritti negli ESEMPI A),B),C), caratterizzati soprattutto (fig.3,5,7) dalle Trasformazioni-ISOTITOLO (FC),(dx=0) dei Primi-LATI (OP), (dp=0),(∆T≠0), dove il MISCUGLIO (M),(x=xO) SUBISCE una COMPRESSIONE-ISOTERMICA (∆p>0),(dT=0) nel Punto-INIZIALE (O) e poi il corrispondente Riscaldamento-ISOBARO (∆T>0),(dT=0) sulla ISOTITOLO (OP),(dp=0),(∆T≠0), come accade nei Primi-LATI (1-2),(dp=0),(∆T≠0) dei precedenti CICLI-HIRN-ENTALPICI, tenendo conto che nel Punto-INIZIALE (O=5) del particolare CICLO (5,M,3,4,5),(fig.5) il VAPORE-SATURO diventa SECCO.  
    III) CICLI-ENTROPICI delle precedenti Rivendicazioni, caratterizzati dal fatto che gli IMPIANTI-MOTORI (fig.4,6,8) possono trasformarsi in DISTILLATORI, oppure in FRIGORIFERI, modificando opportunamente le TRASFORMAZIONI, le APPARECCHIATURE e le posizioni delle ISOTERMOBARICHE estreme (1-N),(2-3).  
    IV) CICLI-ENTROPICI delle precedenti Rivendicazioni, caratterizzati dal fatto (fig.3,5,7) che spostando a destra il Primo-LATO (OP)(FC),(x=xO) i Passaggi-di-Stato (5-O) diminuiscono, facendo crescere il RENDIMENTO.  
    V) CICLI-ENTROPICI delle precedenti Rivendicazioni, caratterizzati dal fatto (fig.5,7) che ∀(x≥x5) sono privi di CCONDENSA e quindi con Rendimento UNITARIO, dal Ciclo (5,M,3,4,5),(fig.5) al Ciclo (N,3,4,5,N),(fig.7), dove il Calore-Assorbito (Q1) diventa quasi GRATUITO con l’impiego di Fluidi-FRIGORIFERI a Basso-Congelamento  
    VI) CICLI-ENTROPICI delle precedenti Rivendicazioni, caratterizzati dal fatto (fig.7,8) che possono facilmente realizzarsi nelle VARIETA’ A),B),D), compreso il particolare CICLO (N,3,4,5,N) ritenuto più CONVENIENTE, anch’esso privo di CONDENSAZIONE (Q2=0) e quindi con RENDIMENTO UNITARIO (η=L/Q=1), tenendo conto che abbiamo ADOTTATO la stessa SIMBOLOGIA dei più comuni MANUALI-TECNICI.  
    VII) CICLI-ENTROPICI delle precedenti Rivendicazioni, caratterizzati dal fatto (fig.3,5,7) che l’impiego di Fluidi Frigoriferi a Bassa Temperatura di Fusione (NH3, CO2, SO2, CH4, C2H4, C2H6, C2H8, CH3Cl, i Freon, ecc.) consente di situarli (almeno in parte) al disotto della Temperatura-Ambiente (T2A), affinché i corrispondenti Scambi Energetici con l’Esterno (di Calore dQ e Lavoro dL) diventino praticamente quasi Gratuiti.  
    VIII) CICLI-ENTROPICI delle precedenti Rivendicazioni, caratterizzati dal fatto (fig.5,7) che, tramite opportuni Automatismi, la collocazione delle due Isotermobariche estreme (1-N),(2-3) rispetto alla Temperatura-Ambiente può Ottimizzarsi in Tempi-Reali, affinché Istante per Istante avvenga la totale Trasformazione del Calore-Assorbito in Lavoro-Meccanico, realizzando così il cosiddetto MOTO PERPETUO di SECONDA- SPECIE:  
    IX) CICLI-ENTROPICI delle precedenti Rivendicazioni, caratterizzati dal fatto che nel Recupero di Calore da Alta a Bassa Temperatura, valido per ogni Ciclo, conviene applicare un Circuito-Autonomo in parallelo (fig.4) dove il Liquido-Circolante, mosso da un Direziometro (N) e agevolato da un Polmone (M) di Gas-Inerte, viene introdotto dalla Pompa (P) ad una Pressione (p*) abbastanza Alta (p*>p) rispetto a quella p=f(T) del suo Vapore-Saturo.  
    X) CICLI-ENTROPICI delle precedenti Rivendicazioni, caratterizzati dal fatto che nel Recupero di Calore (fig.4) conviene RICICLARE il Vapore-Surriscaldato (4,4’) che dovrebbe incrementare il Lavoro-Isentropico (4,5).
 
 
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    Seguono i DISEGNI  (4 Tabelle, 8 Figure e 4 Tavole).  
       
    1/5  
      H2O (Acqua) TF=0(0C), TC=374,15(0C)                                                                             TAB.A  
   
T p H' H" H"-H’ S’ S"
(0C) (Kp/cm2) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kgK) (kJ/kgK)
374,15 225,6 2100 2100 0 4,430 4,430
340 150,0 1595 2622 1027 3,661 5,336
300 (400) 87,6 1345 2749 (3117) 1404 3,255 5,705 (6,293)
250 (400) 40,6 1086 2801 (3212) 1715 2,793 6,072 (6,774)
200 (400) 16,0 852 2793 (3254) 1941 2,331 6,432 (7,243)
100 1,033 419 2676 2257 1,307 7,355
30 0,043 126 2556 2430 0,437 8,452
20 0,024 84 2537 2453 0,296 8,666
 
 
       
     CF2Cl2 (Freon 12), TF=-155(0C), TC=115,5(0C)                                                                    TAB  
   
T p H' H" H"-H' S' S"
(0C) (kp/cm2) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kgK) (kJ/kgK)
115,5 40,88 564 564 0 4,612 4,612
100 33,61 529 597 68 4,519 4,701
50 12,39 468 593 125 4,352 4,738
10 (30) 4,31 428 578 (590) 150 4,220 4,750 (4,790)
0 3,15 419 574 155 4,187 4,754
-25 1,26 396 562 166 4,101 4,768
-50 0,400 375 549 174 4,012 4,793
-70 0,126 359 539 180 3,938 4,842
 
 
       
        NH3 (Ammoniaca) TF=-77,9(0C), TC=132,4(0C)                                                               TAB.C  
   
T p H' H" H"-H' S' S"
(0C) (kp/cm2) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kgK) (kJ/kgK)
132,4 115,2 1320 1320 0 6,700 6,700
100 (150) 84,5 945 1655 (1890) 710 5,680 7,620 (8,250)
50 20,73 659 1711 1052 4,984 8,241
10 (50) 6,27 465 1691 (1790) 1226 4,353 8,684 (9,040)
0 4,38 419 1681 1262 4,181 8,809
-25 1,546 305 1649 1344 3,751 9,167
-50 0,417 194 1608 1414 3,300 9,620
-60 0,223 151 1591 1440 3,084 9,842
 
 
       
         CO2 (Anidr.Carbonica) TF=-56,6(0C), TC=31(0C)                                                         TAB.D  
   
T p H' H" H"-H' S' S"
(0C) (kp/cm2) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kgK) (kJ/kgK)
31 75,00 559 559 0 4,646 4,646
20 58,46 477 633 156 4,383 4,913
10 (50) 45,95 446 647 (709) 201 4,278 4,989 (5,192)
0 35,54 419 654 235 4,187 5,047
-10 26,99 394 656 262 4,098 5,092
-20 20,06 372 656 284 4,017 5,138
-30 14,55 352 655 303 3,939 5,185
-50 6,97 314 651 337 3,777 5,288
 
 
       
       
    2/5  
     
     
     
   
 

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MURONE TERMODINAMICA


 

GESTIONE