Analisi globale

Per effettuare una analisi di secondo principio bisogna identificare i confini del sistema termodinamico e calcolare l’exergia associata ai flussi di energia e di massa che attraversano il volume di controllo. Nell’analisi del gruppo frigorifero nel suo complesso si considera all’interno del volume di controllo lo scambiatore nel quale viene sottratta energia all’acqua da refrigerare, in quanto la refrigerazione rappresenta l’effetto utile. L’analisi può essere condotta sia in termini di potenza che di unità di massa.  

Lavoro di compressione 

La potenza meccanica fornita al compressore è exergia pura. 

Ex(W) = W

Il flusso di exergia associato alla potenza meccanica rappresenta l’exergia spesa.  

Calore scambiato al condensatore.

Dalla definizione di exergia ricaviamo:

Ove T0 è la temperatura ambiente.  

L’energia del flusso termico scaricato dal condensatore in ambiente rappresenta un lavoro perso giacché è disperso in ambiente e non più utilizzabile. Nel caso in esame questo è evidentemente nullo.

Calore sottratto all’evaporatore 

A differenza del condensatore, nel quale lo scambio termico avviene con un termostato costituito dall’ambiente, l’evaporatore scambia calore con una portata d’acqua che varia sua temperatura attraversando l’evaporatore e che quindi non può essere considerata come un termostato. Per determinare la variazione della disponibilità di flusso della portata refrigerata bisogna utilizzare la nozione di temperatura media di trasformazione, che rappresenta la temperatura del termostato che scambiando lo stesso flusso termico dà origine alla medesima irreversibilità.

La temperatura media di trasformazione si calcola dai dati iniziali del problema e vale 285,12 K.  L’exergia di un flusso termico scambiato a temperatura inferiore a quella ambiente L’exergia fornita alla portata d’acqua è:


Essendo LQ& un effetto utile, la corrispondente Ex(LQ&) rappresenta l’exergia ottenuta. La corrispondente Ex(qe) si ottiene dividendo il risultato ottenuto con la portata di fluido frigorigeno.

Rendimento energetico e lavoro perso   Determinati i flussi energetici si determina rendimento energetico e lavoro perso.

Sostituendo )(LQEx&con la sua espressione si ottiene:

Dunque a parità di T0 e TL l’andamento del ıex è il medesimo del COP.