Analisi di secondo principio

L’efficienza energetica o di secondo principio nella forma più generale si esprime come:

L’exergia spesa coincide con il lavoro di compressione:
exergia spesa = Ex(l)=l
e vale 254,18 kJ/kg

L’exergia ottenuta è “l’exergia dell’effetto utile”. Il particolare si ha una variazione di disponibilità di flusso di una frazione y di portata per il caso di ciclo liquefattore, e un flusso di calore scambiato alla temperatura TL. Quindi:


A cui corrispondono i valori seguenti (riferiti all’unità di massa elaborata dal cold box):

I valori di rendimento exergetico si determinano di conseguenza.


Il rendimento exergetico del ciclo refrigeratore risulta essere maggiore di quello liquefattore, al contrario di quanto accadeva per il rendimento di primo principio. Il motivo non appare evidente essendo l’effetto utile dei due cicli di natura differente. Un confronto può essere fatto mediante l’utilizzo della nozione di termostato equivalente e di temperatura media di trasformazione. Infatti la variazione della disponibilità di flusso della frazione liquefatta che evolve dalle condizioni 1 alle
condizioni 0 può essere rappresentata dal calore scambiato (qterm), per unità di portata in ingresso al cold box, con una sorgente alla temperatura Tterm.


Si calcola che qterm che è l’effetto utile di primo principio ed è pari a 18,80 kJ/kg, mentre Tterm vale 109,73 K.
Per il ciclo criorefrigeratore il calore scambiato con la sorgente è circa pari a qterm , ma tale calore è scambiato a 90 K, anziché 107,73 , e di conseguenza l’exergia ad esso associata è maggiore.