Rendimento energetico

In termodinamica il rendimento energetico è dato dal rapporto tra l'energia ottenuta in forma utile rispetto a quella utilizzata. Il modo migliore per comprendere il concetto del rendimento energetico è immaginare di trovarsi vicino a una macchina termica. Indipendentemente dal suo funzionamento, qualsiasi macchina impiega energia per il suo funzionamento e rilascia lavoro (ossia energia utile).

L'energia in entrata (input) si trasforma in energia utile (lavoro) e calore. Un esempio classico è la macchina a vapore di Watt. Per funzionare la caldaia necessita del calore prodotto dalla combustione del carbone o del legno. L'energia della caldaia si trasforma in vapore, la cui forza spinge all rotazione il motore (energia meccanica).

Primo principio di termodinamica

In base al primo principio di termodinamica ("nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma") l'energia in ingresso di una macchina termica si traduce in parte in energia utile (lavoro) ed in parte va perduta nel pozzo termico (entropia). Pertanto, di ciò si comprende che una macchina termica non avrà mai un rendimento superiore al 100%. Possiamo determinare il rendimento dalla seguente formula:

rendimento = lavoro / energia input

Essendo il lavoro dato dalla differenza tra l'energia in input e quella in output, possiamo riscrivere la formula del rendimento nel seguente:

Con il termine energia input si intende il calore fornito alla macchina termica per funzionare. Con il termine energia output si intende il calore ceduto dalla macchina durante il suo funzionamento.

Corollario

Possiamo pertanto stabilire il seguente corollario:

• una macchina termica non può avere un rendimento energetico superiore a 1 (100%), essendo l'energia in input pari alla somma dell'energia in output e al lavoro (L).
• il rendimento energetico è inversamente correlato al calore ceduto dalla macchina in output. Quanto maggiore è il calore ceduto dalla macchina durante il suo funzionamento, tanto minore sarà il rendimento della macchina stessa.

Secondo principio di termodinamica

In base al secondo principio di termodinamica la quota di energia persa incrementa un insieme chiamato 'entropia'. Possiamo definire l'entropia come un insieme di energia giunta irreversibilmente alla sua forma più degradata e pertanto non più utilizzabile. Ad esempio, bruciando un ciocco di legna nel caminetto di casa otteniamo il calore. Nel momento in cui è completata bruciato il fuoco cessa di ardere. In quel momento, l'energia chimica del ciocco di legno si è irreversibilmente trasformata in calore ed ha alimentato l'entropia. Non sarà infatti possibile ricreare il ciocco di legno dal calore e dalle ceneri prodotte durante la combustione.

20090620