Termodinamica Virtuale
a cura del cap. d. m. Emilio Giuliano Bacigalupo
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Opinioni raccolte e suggerite quale spunto di riflessione
Energy and Civilization

Stravaganze di fine millennio?
Declinare questo settore della fisica dedicata agli scambi termici con un aggettivo serioso di moderna decifratura? Può una scienza con leggi rigorose accettare un concetto elastico di verità verosimile? Ovviamente l'abbinamento dei vocaboli in titolo è un pretesto per ritornare dialetticamente su una materia complessa: nel precedente " La madre di tutte le energie " abbiamo parlato del Primo e Secondo principio termodinamico (conservazione complessiva dell'energia e degradazione spontanea della temperatura) e gli studi proseguono verso il grado zero assoluto e la massima potenza emergetica.
Per rendere virtuali alcune trasformazioni termiche, di largo impiego e di ristretta conoscenza, utilizziamo le figure ideate dal professore Borel dell'Università di Losanna, disegni apparentemente infantili ma già tempo addietro ottime interpretazioni dell'exergia. Questo termine di qualità misura il lavoro massimo che si estrae in un processo reversibile pervenuto allo stato di equilibrio termodinamico con l'ambiente circostante: essendo cioè riferita in un contesto onnicomprensivo può essere inferiore all'energia, forma praticamente usata e sinonimo di quantità. Le cinque figure - riprese dalla pubblicazione dell'ENEA, che ringraziamo ancora - visualizzano le diverse situazioni exergetiche e il rendimento evidenzia il risultato raccolto "a livello umano" rispetto a quanto disponibile in natura e trasformato: cioè "scendendo" dal combustibile o dall'elettricità come e cosa "giunge" all'utente a seconda della tecnologia ottimizzata.

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1) Riscaldamento con caldaia
Dalla temperatura potenzialmente infinita del combustibile si passa a quella di 1200C della fiamma del bruciatore e si arriva ai 20C minimi di legge dei locali, con una media esterna di OC. Mentre il rendimento exergetico è soltanto del 5% quello energetico è dell'80%, rapporto tra le potenze termiche utilizzata e consumata. Negli impianti più grandi detti valori salgono al 6% e 90%, rispettivamente.


Fig. 1 - Interpretazione exergetica del riscaldamento individuale

2) Riscaldamento con elettricità
Il radiatore elettrico ha un rendimento energetico del 100% perchè tutto il consumo si trasforma in calore, ma parametrando tale effetto alla sua origine il rendimento exergetico è ridimensionato al 7%, sempre per utenze a 20 C e ambiente a O C.


Fig. 2 - Interpretazione exergetica del radiatore elettrico

3) Centrale termoelettrica
Le precedenti interazioni, cioè caldaie a combustibile e turbine a vapore azionanti alternatori - tutti componenti ad alta efficienza - fanno coincidere i rendimenti exergetico ed energetico al 40%.
Recentemente l'innovazione dei cicli combinati - turbogas in parallelo elettrico con turbine azionate dal vapore cogenerato dallo scarico fumi - ha elevato entrambi i rendimenti al 60% circa.
Da notare il Primo principio conservatore dell'energia e il Secondo principio dissipatore della temperatura.


Fig. 3 - Interpretazione exergetica della centrale termica

4) Centrale cogenerativa
Una soluzione moderna comparabile, in cui l'autoproduzione elettrica è integrata dalla massima quota di calore recuperato (cioè anche a minor temperatura), è data da turbogas e teleriscaldamento: il rendimento exergetico resta al 40% ma quello energetico sale all'80%. Invece con motori endotermici, gas o gasolio, e utilizzando la cogenerazione sino ai livelli minimi per climatizzazione e sanitario, si possono toccare valori rispettivi del 50% e 90%.


Fig. 4 - Interpretazione exergetica della centrale di cogenerazione

5) Pompa di calore
Questo effetto riscaldante è connaturato al ciclo frigorifero - vedere il precedente "Il freddo nel tempo" iniziatore di questo trittico - ma è normalmente disperso in acqua o in aria: salvo il suo livello termico non sia adeguatamente utilizzato e conveniente, dopo un'analisi (anche economica) del caso specifico.
Tale riscaldamento è la somma del calore equivalente al lavoro di compressione del refrigerante più quello dissipato o usufruito con la "sorgente fredda" disponibile, acqua o aria, unificata a O C come nelle altre figure. La pompa di calore è l'unica situazione opposta al Secondo principio, ma è la tecnologia dell'uomo e non la spontaneità della natura a prelevare energia dal basso elevandola a 70 C.
Il rendimento exergetico è il 50% e quello energetico il 250%, cioè ogni unità di potenza consumata ne origina due e mezzo (2,5 kW termici con 1 kW elettrico).
Detti numeri scendono con aria inferiore a O C, riducendosi l'efficienza del ciclo termofrigorifero; ma più spesso salgono con i moderni impianti di climatizzazione le cui batterie accettano acqua attorno a 45 C, e ancor meglio se la sorgente è acqua (pozzo, fiume, lago, geotermia).
Ne consegue che la pompa di calore è raccomandabile se abbinata con l'utilizzo primario dell'effetto refrigeratore, altrimenti diventa problematica, per i prezzi di acquisto, la concorrenza con la caldaia tradizionale, peraltro con rendimento non influenzato dalle temperature invernali, rigide.


Fig. 5 - Interpretazione exergetica della pompa di calore

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L'estrosa semplicità di queste figure ci riporta ad oggi, quando con il termine spesso abusato di virtualità passano immagini, filmiche e televisive, in cui è difficile capire il confine tra didattica e manipolazione, tra impegno e gioco, tra realtà e finzione.
Gli effetti speciali possono essere distorcenti per le menti meno strutturate, e per altre divenire controproducenti esagerando in quantità, e bassa qualità, come ad esempio per pubblicizzare certi prodotti ed attività. Per contro la visione digitale di tutto ciò che è cultura, particolarmente lontana nello spazio e nel tempo, è un'opera succedanea molto apprezzabile.
Chiaroscuri inoltre per i "quadrati luminescenti" diffusi nelle aziende, ormai desiderati anche personalmente: è superfluo rimarcare l'enorme aiuto intellettivo e pratico nell'espletare il lavoro nonchè quanto ritenuto servizievole e piacevole, casa compresa.
Occorre soltanto ricercare il senso della misura per non dimenticare le azioni umane pregresse tra cui socialità e ragionamento: meno rete e più natura, altrimenti l'homo erectus diverrà curvus!
Infine il Papa, meditando i versi pessimistici di Olivier Clément (Via Crucis al Colosseo, VI stazione, 10/4/1998): "Si diceva allora di uno schiavo che è senza volto... così lui si è identificato con tutti i senza volto del mondo, quelli... derubati della loro anima, quelli che per ore e ore, davanti al volto, non hanno altro che schermi di computer...".
Se sapremo vederci dentro come allo specchio potremo fare di questo, come di ogni miglioramento tecnologico, un'integrazione virtuosa dei valori della vita, con un pò d'euroequilibrio anziché l'asservimento mediatico a lontane frontiere.

Illusioni di fine millennio?

[Bacigalupo: 21 Giugno 1998]


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