L'efficienza termica, una metrica cruciale nei motori e nelle centrali elettriche, rappresenta la frazione di energia termica convertita in un lavoro utile. È influenzato da vari fattori, ciascuno che influenza l'efficienza in modi distinti:
1. Differenza di temperatura:
* Differenza di temperatura più alta =maggiore efficienza:
* Maggiore è la differenza tra la fonte di calore (alta temperatura) e il dissipatore di calore (bassa temperatura), più potenziale è di convertire il calore in lavoro. Questo si basa sul principio del ciclo di Carnot, un limite teorico per l'efficienza termica.
2. Tipo di motore/impianto e design:
* motori a combustione interna (ghiaccio):
* Rapporto di compressione: Rapporti di compressione più elevati portano ad una maggiore efficienza aumentando la pressione e la temperatura della combustione.
* Miscela aria di carburante: Il corretto rapporto aereo è fondamentale per la combustione ottimale.
* Dimensione del motore e carico: I motori più piccoli a carichi più alti tendono ad essere più efficienti.
* Velocità del motore: L'efficienza ottimale di solito si verifica a una velocità specifica del motore.
* Turbine a gas:
* Efficienza del compressore: Un compressore più efficiente riduce la perdita di energia, aumentando l'efficienza complessiva.
* Efficienza della turbina: L'elevata efficienza della turbina massimizza l'estrazione di energia dai gas caldi.
* Piante di alimentazione a vapore:
* Efficienza della caldaia: Efficiente generazione di vapore riduce al minimo la perdita di energia.
* Efficienza della turbina: L'elevata efficienza della turbina massimizza il lavoro estratto dal vapore.
* Efficienza del condensatore: Efficiente rimozione del calore dal ciclo del vapore riduce al minimo la perdita di energia.
3. Perdita di calore e rifiuti:
* Perdita di calore: Qualsiasi calore perso nei dintorni (attraverso la conduzione, la convezione o le radiazioni) riduce l'efficienza.
* Isolamento: I componenti ben isolati minimizzano la perdita di calore.
* Calore dei rifiuti: I processi di combustione inefficienti o meccanismi di trasferimento di calore generano calore di scarto, abbassando l'efficienza.
* Gas di scarico: Negli ICE, i gas di scarico portano via energia termica inutilizzata.
* Sistema di raffreddamento: I sistemi di raffreddamento in vari motori e centrali elettriche richiedono una parte del calore generato per un funzionamento ottimale, che influisce sull'efficienza.
4. Caratteristiche del carburante:
* Valore calorifico: I carburanti con valori calorifici più elevati (contenuto energetico per unità di massa) portano generalmente a una maggiore efficienza.
* Efficienza di combustione: La completezza del processo di combustione influisce sul rilascio e l'efficienza energetica. La combustione incompleta si traduce in perdita di energia.
5. Condizioni operative:
* Temperatura ambiente: Le temperature ambiente più basse generalmente migliorano l'efficienza, specialmente nelle centrali elettriche e nei motori di calore.
* Carica: I carichi parziali possono spesso ridurre l'efficienza rispetto ai carichi completi, specialmente nei motori.
* Manutenzione: Una corretta manutenzione garantisce un funzionamento ottimale del motore/impianto, contribuendo a una maggiore efficienza.
6. Regolamenti ambientali:
* Standard di emissioni: Standard di emissione più rigorosi potrebbero richiedere cambiamenti nella progettazione di motori/impianti, potenzialmente influenzando l'efficienza.
Nel complesso, il miglioramento dell'efficienza termica comporta spesso una combinazione di fattori. I fattori specifici che hanno il maggiore impatto dipenderanno dal tipo di motore o centrale elettrica.
La comprensione di questi fattori consente una migliore progettazione, ottimizzazione e funzionamento, portando a una maggiore efficienza energetica e a una riduzione dell'impatto ambientale.
