Analisi per componente

Nell’esercitazione 1 si sono determinate per compressore, evaporatore, condensatore, e valvola di laminazione, le modalità di calcolo del lavoro perso (per unità di massa), da cui è ricavabile il flusso di exergia distrutta moltiplicando per la portata elaborata nei rispettivi componenti. Le considerazioni si estendono per analogia ai casi trattati in questa esercitazione, e si introduce il separatore e lo scambiatore di calore intermedio. Combinando i risultati ottenuti per ciascun componente si ricaveranno gli stessi risultati ottenuti mediante l’analisi complessiva del ciclo. 

Evaporatore 

Nell’evaporatore la sottrazione di calore da una cella frigorifera rappresenta l’effetto utile. Il fluido frigorigeno in bifase entra nell’evaporatore ed esce come vapore saturo.

Con riferimento allo schema della figura, l’exergia distrutta è data da:


Condensatore 

Nel condensatore il vapore surriscaldato all’uscita dal compressore viene raffreddato a pressione costante. Il calore estratto dal processo viene rilasciato in ambiente.


Attribuendo allo schema in figura valenza generale l’exergia distrutta è data da:


Scambiatore intermedio 

Lo scambiatore intermedio nelle macchine con cicli in cascata rappresenta l’evaporatore per il ciclo superiore inferiore e il condensatore per il ciclo inferiore. La modalità di calcolo del lavoro perso può essere condotta in due modi: 

· Considerando lo scambiatore come evaporatore o condensatore indipendente dal resto della macchina;

· Considerando lo scambiatore tale. 

Utilizzando il primo approccio la formula scritta per l’exergia distrutta al condensatore non è più valida, infatti a differenza del condensatore che scambia con l’ambiente, il calore sottratto è ad una temperatura minore rispetto all’ambiente, e di conseguenza l’exergia associata al flusso di calore non è nulla.


Da tale espressione si ricava:

Nell’espressione appena richiamata si è fatto uso della temperatura media di trasformazione del fluido in evaporazione all’interno dello scambiatore. 

Mentre utilizzando il secondo approccio, in riferimento allo schema seguente si ottiene:

Separatore 

Nel separatore affluiscono una portata in condizioni bifase e una in condizioni di vapore surriscaldato. In uscita vi è una portata sottoforma di vapore saturo e una sottoforma di liquido saturo. Si applica al sistema, considerato adiabatico, l’equazione di bilancio dell’exergia:


Compressore 

Nel compressore la portata di fluido frigorigeno proveniente dall’evaporatore, o dal separatore, viene compresso fino alla pressione di esercizio del condensatore.

Con riferimento allo schema della figura al compressore

Valvola di laminazione 

Per la valvola di laminazione l’exergia distrutta si determina come: