Sistema con vettore a gas liquido per alimentare un autoveicolo con energia elettrica prodotta con acqua 8 °C

[Tiberio Simonetti]

Buongiorno a tutti
Presento un progetto in cui è possibile alimentare un autoveicolo elettrico la cui energia è estratta da acqua a 6-8-10 °C. Per qualsiasi chiarimento sono quì a disposizione.

Inserisco anche la descrizione della presentazione della domanda di brevetto presentata poco tempo fa presso il Ministero Sviluppo Economico, domanda non approvata non per il contenuto tecnico in se, ma perchè, mi è stato riferito, la descrizione non è conforme alle ultime direttive Comunitarie :

"Alla attenzione del Ministero dello Sviluppo EconomicoDirezione generale per la tutela della proprietà industriale Ufficio Italiano Brevettie Marchi Via Molise, 19 - 00187 RomaMonteprandone li 15 Maggio 2020Oggetto: Risposta a rilievo ; Domanda: 102020000002731 - Richiesta diregolarizzazione in riferimento a : Mise. AOO PIT. REGISTRO UFFICIALE . U.0117037 . 07 – 05 - 2020
Spett. le ufficio UIBM buongiorno. Dopo aver ricevuto la vostra Pec, ho provveduto a modificare e correggere le varie osservazioni anche in base ai suggerimenti telefonici avuti dall'ing. Enrico Porcaro.
Distinti saluti
Tiberio Simonetti "

Titolo : Sistema a gas liquido per la produzione di energia elettrica da energia termica a temperatura ambiente.

Riassunto :
Ho basato questa domanda su un mio vecchio brevetto (brevetto n° 0001383773) che ho rielaborato utilizzando alcune tecnologie termodinamiche che non avevo considerato, e che invece adesso semplificano enormemente l'intero apparato circuitale. In questo progetto si dimostra come sia possibile produrre energia meccanica (e quindi elettrica), estraendo energia termica da acqua o aria a temperatura ambiente. Per ottenere questo è necessario un deposito di aria o azoto liquidi (o l'uno o l'altro) ben coibentati che vengono vaporizzati ed utilizzati per avviare l'impianto, dopo di che vengono riciclati e di nuovo liquefatti durante il funzionamento.

Le temperature minime oscillano tra i 97 e 101 Kelvin, le massime fino a 288 Kelvin con pressioni tra 6,8 e 8 Bar. La peculiarità, oltre ai gas impiegati, (aria o azoto) è basata anche sull'utilizzo di un tubo di calore il cui funzionamento di sovente è esposto anche nei libri di termodinamica. L'impianto,con espansioni isobare (sulle turbine T1 e T2), trasforma in energia meccanica l'energia termica prelevata dall'ambiente esterno. In realtà però, nel totale dell'energia immessa nel sistema, deve essere considerata anche quella utilizzata per la compressione (N1) e liquefazione del gas, preparato in anticipo, e caricato nel tubo di calore (scamb. Sb1).

Dovendo il sistema lavorare tra 6,8 e 8 Bar (ma è possibile lavorare anche a pressioni diverse), meno fluido compresso si disperderà verso l'esterno (perdite inevitabili) e più il rendimento si avvicinerà ad 1.

Questo è l'elenco dei dispositivi più importanti
(I disegni 1 e 2 sono inseriti in fondo prime delle rivendicazioni) :
N° 2 scambiatori indicati con Sb1 (o tubo di calore) ed Sb2 con radiatore Rad ;
N° 2 turbine T1-T2 con i relativi generatori elettrici G1 e G2;
N° 1 manometro M1 con variazione di pressione a comando elettrico ;
N° 1 compressore indicato con P1 ;
N° 1 pompa idraulica indicata con Pid ;
N° 1 serbatoio di azoto N1 in alta pressione ;
N° 1 valvola VCP idraulica a controllo proporzionale ;
N° 8 valvole V1-V8 ;
N° 12 sensori di temperatura e 12 sensori di pressione.


Tecnica a cui l'invenzione fa riferimento :

La tecnica fa riferimento alla produzione di energia meccanica (e quindi elettrica) usando l'espansione in turbina di un gas criogenico (azoto) , il cui ciclo va dallo stato liquido a quello gassoso e poi di nuovo allo stato liquido. Nello stato di gas freddo (223,5 k), assorbe energia termica ambiente, eseguendo delle espansioni isobare. Queste provocano a loro volta un raffreddamento del gas, che ricompresso ed a contatto con altro fluido più freddo(sempre azoto liquido) liquefa di nuovo mantenendo il ciclo. In sostanza l'energia ambiente (fornita dal Sole, immagazzinata in ambiente e poi di nuovo irradiata verso gli strati più alti della nostra atmosfera) viene trasformata prima in elettricità dalle turbine, ed infine ancora dissipata in energia elettromagnetica in transito coni carichi collegati sulle stesse linee elettriche.

Tecnica preesistente :

Questa si basa su impianti termoelettrici vapore-gas con espansioni in turbina in cui il fluido vettore va riscaldato ben oltre i 200 °C con energia termica esterna prodotta in genere da gas naturale. Esistono anche impianti solari termodinamici ad alta temperatura, che usano lo stesso sistema, con costi di energia in ingresso irrilevanti, ma con costi di rientro alti a causa della potenza prodotta discontinua. Il sistema proposto invece, riesce a produrre energia elettrica prelevando energia termica ambiente a 0-5-8-10 °C (anche con acqua a -15 °C e additivo anticongelante) in modo continuativo e con costi di ammortamento più bassi rispetto agli impianti già in funzione. Quindi il sistema presentato in questa domanda di brevetto è di gran lunga superiore alle tecniche esistenti attualmente sul mercato.

Originalità e fattibilità :

Al momento, per quanto io sappia e per quanto possa aver cercato sulla rete in Italia ed all'estero, non ho trovato nessuna idea che più si avvicina quella che adesso ho presentato. L'originalità quindi, può essere dedotta dalla mancanza di impianti preesistenti.Per la fattibilità (industrializzazione) i dispositivi esistono tutti e con prezzi accessibili. Non sono necessarie macchine utensili sofisticate e in commercio esistono già mini macchine (non da molto tempo) che producono azoto liquido (o aria liquida) per le più svariate necessità. Tanto importante è l'assemblaggio dell'algoritmo per il controllo di tutte le fasi ed un solo errore di valutazione nel concepire i cambi distato del fluido è sufficiente a comprometterne il funzionamento.

Vantaggi rispetto al vecchio brevetto.

Come ho già accennato nel riassunto, questa nuova domanda di brevetto si basa su un brevetto concessomi nel 2010 ( brev. N°0001383773), dove si dimostrava la possibilità di produrre energia elettrica prelevando energia termica a temperatura ambiente. In questo erano presenti due circuiti, uno in cui scorreva gas Neon (costo proibitivo che oggi si aggira intorno alle 4-6000 euro a kg) sempre in bassa pressione (1-2 Bar) e temperature che oscillavano tra i 70 e 100 k, mentre nell'altro circuito scorreva aria allo stato liquido-vapore-gas.Le temperature dell'aria oscillavano tra un minimo di 110-113 k ed un massimo di 290 k. A 113 k e pressione di 15 Bar veniva trasformata in liquido mentre con il recupero di energia termica esterna aumentava di pressione fino a circa 280 bar per poi espandere prima in una turbina isotermica e poi in una adiabatica.

L'impianto prevedeva oltre alla preparazione di aria liquida (prodotta nel circuito interno all'impianto) anche la presenza di cinque turbine (turbine n°4-5-8-12-22) e due compressori (rif n°5C-22) oltre naturalmente ad un numero smisurato di valvole e controlli che rendevano l'impianto molto costoso, e abbastanza articolato, con perdite di pressione che costringevano ad adottare condotte e valvole con sezioni maggiorate.Il nuovo progetto invece, presenta un solo circuito con pressione di lavoro tra 6,8 e 8 Bar (e se si vuole possono essere adottate anche pressioni minori a discapito però di un maggior volume) contro il vecchio impianto che invece aveva una pressione limite di ben 280 Bar con risvolti piuttosto pericolosi nel caso in cui basse temperature si fossero inserite nella zona in alta pressione.

In questo malaugurato caso, le condotte sarebbero state esposte a rottura fragile con conseguenze pericolose per l'impianto e per gli operatori presenti nelle vicinanze. La presenza di un solo circuito invece in questo nuovo progetto, da la possibilità di impiegare un solo tipo di gas poco costoso(ad esempio Azoto liquido o Aria liquida) rispetto al Neon che invece aveva ed ha un prezzo al kg esagerato e fortemente antieconomico. Nel nuovo impianto sono presenti solo due turbine, due scambiatori e un compressore mentre le valvole di controllo sono solo otto.

La relativa bassa pressione (6,8-8 Bar) evita pressioni di caduta notevoli nel circuito, grazie alle basse velocità del fluido nelle condotte, e il sistema a tubo di calore, se ben controllato e coibentato, rende l'impianto molto compatto con costi di ammortamento non paragonabili in nessun modo al vecchio sistema.

Motivi per la scelta del fluido vettore.

La scelta di un gas come aria o azoto, da diversi vantaggi. Sono gas presenti in grande quantità, e prima di essere inseriti nel circuito vengono depurati da CO2 e da altri gas inquinanti, sono facilmente liquefabili, e non asfissianti (nel caso si usi aria). Il loro delta T medio tra temperatura ambiente e temperatura di liquefazione è abbastanza ampio (293 k-97,2 k) ed hanno buona capacità termica con Cp = 1 kj / kg x °C.

Il progetto che verrà descritto farà riferimento al solo fluido Azoto, ma anche per l'Aria valgono le stesse considerazioni (l'azoto è un pò più leggero dell'aria e se ne terrà conto nelle espansioni isobare sulle turbine T1 e T2 ). La eventuale presenza di ossigeno liquido, nel caso si volesse usare Aria liquida, non pone particolari problemi di sicurezza all'impianto, perchè in evaporazione (vedere nel disegno il funzionamento della valvola VCP) l'aria liquida evaporerebbe tutta senza lasciare residui liquidi.

In ogni caso, se necessario, è possibile montare una piccola pompa idraulica, prelevare ossigeno liquido dal fondo e spingerlo verso l'alto (nel settore esterno in Sb1)polverizzandolo, oppure estrarlo per altri scopi (estrazione per uso terapeutico oper altro scopo).

[Tiberio Simonetti]

Descrizione vera e propria :

Descrizione del disegno n° 1
Quì i gruppi dei dispositivi sono essenzialmente 7 :
Il serbatoio N1 in cui è presente azoto in alta pressione ;
Il tubo di calore Sb1 con in fondo il deposito di azoto liquido indicato con liq ;
La valvola a controllo proporz. ( in cui la portata rimane sempre la stessa anche se cambia la pressione) VCP ;
Le due turbine T1 e T2 con i rispettivi generatori G1 eG2 ;
Il compressore P1 ;
Lo scambiatore Sb2 incorporato al radiatore Rad che ha ilcompito di prelevare energia termica esterna con il fluido Alcol denaturato ;
Le valvole a controllo elettronico V1-V6 con il manometro M1.
L'azoto liquido va inserito (o deve essere già presente) nel tubo di calore Sb1 primadi ogni avviamento.

E' evidente che il circuito frigorifero è chiuso a stagno (ed isolato) come un normale circuito presente nei frigoriferi standard per evitare la perdita continua di gas che è sotto pressione, e se non lo è, serve la necessaria ricarica del serbatoio di azoto N1.

Spiegazione semplificata del circuito :

Il sistema, leggendo i vari sensori, invia gas liquido (vedere disegno) nel settore esterno in Sb1 con la valvola VCP ( VCP preleva gas liquido a pressione critica e temperatura critica a circa 101 k) nel deposito a 8 Bar e lo invia sul settore esterno dove la pressione è a 6,8 Bar facendolo evaporare.

Questo evapora perchè la sua temperatura (101 k) è maggiore della sua T critica ( a 6,8 Bar è T crit = 97,2 k) e scambia energia con il fluido(settore interno) più caldo in discesa (T ingresso max Sb1 = 276,4 k e T min = 101k). Sale su nel settore esterno in Sb1 ed entra in T2 (produz. en. mecc. ed elettric. SuG2) poi nel compressore P1 (ricompressione), entra nello scambiatore Sb2 per recuperare calore dal fluido più caldo (Alcol etil. Denaturato nel settore int.), che avendo prelevato energia termica ambiente è in grado di cedere calore al gas in salita.

In uscita da Sb2 entra in T1 (produz. en. mecc. ed elettric. Su G1), poi esce da questo per tornare in Sb1. L'impianto è isolato e gli attriti dei vari dispositivi vengono scaricati all'interno delle condotte. Le perdite di gas compresso (minime ma inevitabili) vengono compensate in tempo reale dal serbatoio in alta pressione N1(vedere disegno) con il manometro M1 regolato elettronicamente ad 8 Bar.

Per le efficienze si decide per le due turbine ed il compressore P1 un rendimento = 0,6 con pressioni d'aria minime di 6,8 Bar e massime di 8 Bar, mentre la portata viene stabilita per semplicità a 10 gr / sec.

Descrizione dei componenti più importanti :

Lo scambiatore o meglio tubo di calore Sb1 è composto da due settori (vedere disegno). Quello interno in cui il fluido caldo entra con T = 276,4 k (si dimostrerà in seguito questo valore ed il valore 97,2k) e quello esterno in cui il vapore-gas sale verso l'alto. I due settori alettati,sviluppano superfici molto ampie e scambiano energia con delta T medie abbastanza grandi (circa 80 k).

Le pressioni interne sono per il fluido in discesa uguali a 8 bar(stabilizzata da M1), mentre per la risalita la valvola VCP ne da 6,8 (con una regolazione della portata media sempre di 10 gr / sec) e temperatura uguale a circa 97,2 k (il compress. P1 preleva-aspira da T2 stabilizzando insieme alla valvola regolatrice V5 la pressione a 6,8 Bar e la comprime ad 8 Bar inviandola verso lo scambiatore Sb2).

Questi valori dipendono da alcune scelte dettate dal gas in questione (vedere tabella gas Azoto, grafico generalizzato, ed il grafico Azoto liquido-vapore-gas). Ad 8 bar la sua Pressione ridotta = 8/34 (press crit a 1 Bar)= 0,235 a cui corrisponde una T ridotta = 0,8 (vedere grafico generaliz. compressibilità.) e quindi T critica = 0,8 x126,2 k ( temp crit a 1 Bar) = 101 k, mentre a 6,8 bar ne vale 97,2 k (a 6,8 Bar è P rid= 0,2 a cui corrisponde una T rid = 0,77 poi è 0,77 x 126,2 k = 97,2 k).

Ora, se si fa riferimento ad un tubo di calore, lo scambiatore Sb1 si comporta esattamente come un tubo di calore. Il liquido in uscita dalla VCP rientra nel settore esterno in Sb1 scendendo da 101 k a 97,2 k se la sua pressione scende a 6,8 Bar.

Il liquido in questo caso, si trasforma in vapore, cercando di recuperare energia termica dall'altro settore (quello interno) che in quel momento ha necessità di liquefare. E così anche con un delta T di soli 3,8 k il fluido nel settore interno liquefa. Infatti calcolando sul grafico generalizzato dei gas le rispettive energie di liquefazione alle pressioni critiche e temperature critiche, si trova che a 8 Bar l'entalpia di liquefazione vale 560 joul , mentre a 6,8 Bar ne vale 765 joul (in riferimento alle aree comprese tra le temperature critiche già calcolate ed il valore T critica = 1 considerando che l'azoto ha entalp. di liquef. = 197,5 kj / kg).

Ne consegue che la ripartenza verso l'alto preleva entalpia di evaporazione più grande (765 j) che non quella di liquefazione, con un delta T costante = 3,8 k e temperature anch'esse costanti di 101 k e 97,2 k fino al valore con Z = 0,8 e Z = 0,83.

Il cambio liquido-vapore quindi, porta con se una diminuzione di temperatura voluta essenzialmente dal primo principio termodinamico. L'energia potenziale infatti, presente in tutti i sistemi legati (come appunto nei liquidi) è negativa rispetto all'energia cinetica delle molecole, e il distacco (dovuto alla perdita dello stato liquido) deve necessariamente essere compensato dall'energia cinetica con una diminuzione della temperatura che vale - 24,3 k : (97,2 k – 101 k) = - 3,8 k per la diminuzione di pressione e - 20,5 k per l'ent. di evap. : (560 j- 765 j) / 10 gr = -20,5 k che sommati ai -3,8 danno - 24,3 k ) (vedere grafico generalizzato).

Descrizione ed esempio costruttivo dello scambiatore Sb1.

Nella zona liquefazione-evaporazione anche con un delta T = 3,8 k vengono scambiate grandi quantità di energia. La presenza del tubo di calore (con delta T = 3 k) ne è una prova,e nel caso si dovessero usare, ad esempio, scambiatori con diametri fra i 200 (rame da3 mm settore interno) e 280 mm (inox 4 mm settore esterno) con distanze medie tra liquefazione ed evaporazione di circa 8 cm (distanza orizzontale media tra settore interno e settore esterno), la potenza scambiata potrebbe aggirarsi in proporzione intorno ai 100.000 w / mq x °C senza considerare la superficie delle alettature e del delta T che aumenterebbero di molto lo scambio. Nel caso pratico in cui ad esempio la superficie interna sviluppi un minimo di 5 mq (cilindro da mm 200 alettato), lo scambio risulterebbe di : 5 mq x 100 kw x 3,8 k = 1,9 Mw ( teorico), valore esagerato e ben al di sopra del minimo richiesto.

Non è detto però che in certe condizioni non si possano scegliere pressioni minori o maggiori rispetto a quelle programmate (e in questo secondo caso volumi molto più piccoli).

[Tiberio Simonetti]

La VCP stabilizza la portata per qualsiasi valore di pressione, ed il liquido con il cambio di stato (con diminuzione di pressione) si porterà nello stato di vapore sulla linea saturo-liquido (leggermente sopra a questa linea, (vedere grafico compress. dei gas) con fattore di compressibilità Z uguale a circa 0,04.

Il suo volume è di poco superiore al volume liquido e fin quando non assorbe l'entalpia di evaporazione (765 j in verticale lungo la tratteggiata con P rid = 0,2) dall'altro settore, non può aumentare ne in volume ne in temperatura. Essendo però l'altro a 101 k (sett. int.),cederà entalpia di liquefazione al vapore che è invece a 97,2 k e liqueferà totalmente.Il vapore esterno invece (sempre su Sb1), fermo a 97,2 k rimarrà così (ossia a97,2 k) finchè non avrà prelevato tutta la sua entalpia di evaporazione uguale a 765 joule (il prelievo di entalpia con press. = cost= 6,8 Bar parte dal valore Z = 0,04 e va su fino al valore Z = 0,83 dopo di che continuerà sempre in modo verticale fino al valore T = 252,1 k).

Per calcoli già fatti ( che verranno descritti in seguito), in ingresso alto su Sb1 è T fluido = 276,4 k e T liquefazione in basso = 101 k. In totale in liquefazione l'azoto cede : (276,4 - 101 k) x 10 grammi / sec = 1754 j + 560 j (entalp. liquef ) = 2314 j e il vapore in salita li preleva tutti : [(2314 - 765 entalp.evap) / 10 gr =154,9 k]+97,2 k (temp liq. vapore) = 252,1 k che corrisponde alla temperatura del fluido in uscita alta Sb1 ed in ingresso alla turbina T2. (La differenza di temperatura tra ingresso a 276,4 k e uscita alta a 252,1 k in energia vale [276,4 –252,1] x 10 gr =243 j è dovuta al valore dell'energia potenziale negativa e alla differenza tra entalpia di evaporazione ed entalpia di liquefazione in quanto pressioni minori danno entalpie di evaporazione più grandi).

La turbina T2 sviluppa un lavoro con P = cost = 6,8 Bar con temperature comprese tra 97,2 k e 252,1 k. La densità dell'azoto a 252,1 k vale circa 1,33 grammi / litro enel caso la portata valga 10 gr / sec (decide VCP con la valvola V5) il volume può valere : (10 gr : 1,33 = 7,5 lt) : 6,8 Bar = 1,1 lt.

Il lavoro prodotto a pressione costante ha equazione: L =P x delta V = 6,8 x 10 *5 Pascal x 0,0011 mt cubi ( 1,1 litri) = 750 joule teorici. La variazione di volume è calcolata tra volume minimo liquido-vapore(che equivale a circa 10 gr : 0,8 (densit. liquid. - vapore) = 12,5 cm cubi che però non considero) e volume massimo gas (1,1 lt) (Il valore di Z a 6.8 Bar con T = 252,1 k vale circa 0,99 per cui il gas può essere ritenuto in quella zona gas perfetto, vedere per questo grafico 43).

Il lavoro prodotto ed estratto in T2 genera una diminuzione di temperatura del gas rispetto a quella in ingresso pari a circa : 750 x 0,6 (effic.) = 450 je quindi una T uscita = 252,1 k - ( 450 : 10 gr) = 207,1 k (diminuzione di 45 k).Questo è il valore in ingresso al compressore P1 (in un lavoro a pressione costante al totale di energia va tolto il lavoro prodotto ed estratto mentre al fluido rimane una parte di energia rappresentata da un aumento di temperatura che vale : 207,1 k -97,2 k = 109.9 k).

Quindi tutti gli attriti e le perdite avute in T2 si sommano alla temperatura del gas, ed escono insieme ad esso con valore totale uguale a 207,1 k ma impegnano il compressore P1 in un lavoro maggiore, dovendo lo stesso dispositivo comprimere fluido in ingresso ad una temperatura un pò più alta.

P1 deve infatti ricomprimere adiabaticamente da 6,8 a 8 Bar, quindi: 207,1 k x( 8/6,8 ) *0,286 = 216,9 k con un delta T di 9,85 k teorici, e pratici uguale a 9,85 k :0,6 = 16,4 k. Infine il lavoro negativo è =16,4 k x10 gr = -164 joule con una T di uscita =223,5 k ( 207,1 + 16,4 = 223,5 k). Il gas quindi, entra in Sb2 al cui interno circola alcol etilico denaturato.

L'alcol rimane liquido fino a – 156 °C e ha una Cp di 2,84 kj / kg x °C per cui può prelevare energia dal radiatore Rad e cederla al fluido criogenico rimanendo perfettamente liquido.Da Sb2 il gas (Azoto) con T = 288 k entra in T1 : densità fluido a 288k = 1,17 gr / lte con portata di 10 gr / sec si ha : 10 gr / 1,17 = 8,54 lt / 8 Bar = 1,07 lt mentre la densità a 223,5 k vale 1,5.

Da quì il volume è di : 10 gr / 1,5 = 6,6 lt / 8 Bar = 0,827 lt quindi da 223,5 k a 288 k la variazione vale : 1,07- 0,827= 0,243 lt. Il lavoro isobaro è infine : 8 x 10 *5 Pascal x 0,000243 mt cubi = 194 joule x 0,6 (effic) =116 joule.La temperatura in uscita da T1 vale : 288 k - ( 116 j : 10 gr )=276,4 k come programmato all'inizio. (stessa cosa si ha con la R specifica del gas Azoto che vale 0,297 : (288 – 223,5) x 10 gr x 0,297 x 0,6 = 115 j molto vicino ai 116 j già calcolati)

Equazione Primo Principio:

Il lavoro meccanico prodotto nelle turbine vale : (116 j+ 450 j) = 566 joule che collegato internamente al compressore da : 566 j – 164 j =402 j meccanici netti estratti dal sistema. Dal radiatore Rad ne entrano 645 j [(288 k– 223,5 k ) x 10 gr / sec = 645 j ] a cui vanno tolti quelli per entalpia di evaporazione che come è stato già visto sono negativi : 645 j – 243 j = 402 j in accordo con il Primo Principio.

Il rendimento teorico, come si è potuto constatare vale 1, ma in pratica, perla presenza di azoto liquido (preparato in anticipo) si è sempre sotto a questo valore (non esiste azoto liquido in natura).

Per il Secondo Principio invece è necessaria la presenza di uno scarico a più bassa temperatura rappresentato dal vapore a 97,2 k che per poter espandere e trasformare in lavoro utile tutta l'energia termica che le viene ceduta, aspetta ed assorbe tutta l'entalpia dal settore interno, più tutte le perdite.

Entropia ed enunciato di Kelvin-Plank :

“Non sarà mai costruita una macchina con rendimento termico unitario, in grado di trasformare in lavoro tutto il calore ricevuto”. L'entropia quindi è una misura del disordine e la sua legge può essere enunciata come segue :

“ Il disordine di un sistema isolato aumenterà sempre o tutt'al più rimarrà costante se il sistema è reversibile”. Il fluido (in partenza liquido-vapore) dopo aver attraversato verso l'alto Sb1, passa sia nel compressore che nelle due turbine producendo lavoro utile con rendimento = 0,6 e quindi aumentando il suo disordine. Infatti in uscita da T1 il gas (rispetto al vapore iniziale) è aumentato sia in temperatura che in volume.

Tutto ciò conferma la legge dell'entropia crescente, ma in discesa su Sb1 (con T ingresso = 276,4 k) il suo disordine diminuisce (per effetto della diminuzione di temperatura) mentre aumenta quello del vapore in risalita.

[Tiberio Simonetti]

Questo scambio energetico però si realizza in “perfetta reversibilità” non essendoci ne sul settore interno ne su quello esterno produzione di lavoro. Per concludere quindi, il sistema proposto è un sistema tutto sommato reversibile a disordine costante (almeno all'interno della nostra atmosfera, se Sb1 è perfettamente isolato, se non si considerano le perdite di fluido verso l'esterno, e neanche l'usura dei vari dispositivi) che opera e sviluppa energia meccanica (e quindi elettrica) usando energia elettromagnetica in transito.

Produzione ed estrazione di azoto o aria liquida :

Per estrarre azoto liquido dalla valvola V3 (lasciando però inalterata la quantità liquida nel serbatoio), si interviene in automatico su M1 aumentando la pressione oltre il valore 8 Bar. La conseguenza è un aumento della quantità liquefatta in Sb1, perchè ad un aumento di pressione corrisponderà una diminuzione dell'entalpia di liquefazione (il valore 560 j diminuisce se la pressione aumenta).

Lasciando costante la portata (con la VCP), la valvola preleverà sempre la stessa quantità in evaporazione (e rimarrà sempre un valore in entalpia uguale a 765 j) mentre per differenza incrementerà la quantità di azoto in liquefazione, con il serbatoio N1 che sopperirà alla mancanza di azoto nel settore interno.

L'estrazione di azoto liquido però, ha un costo energetico. In altre parole, una parte di energia elettrica netta prodotta fino a quel momento, verrebbe impiegata per estrarre Azoto. L'energia consumata in più la dovrebbe assorbire il compressore P1 che avendo aspirato fino a quel momento con pressione uguale a 6,8 Bar sarebbe costretto a superare in uscita gli 8 Bar, ed aumentare il suo lavoro rispetto a quanto già programmato.

Avviamento dell'impianto :

Le valvole V1-V8 sono valvole n/c a comando elettrico ad esclusione della V5 che è una valvola a farfalla a controllo proporzionale. In partenza vengono parzialmente aperte le valvole V2 - V4 – V5 – V6 in modo tale che possa essere caricato azoto liquido in Sb1 in leggera sovrappressione (78 – 80 k e circa 1,1 - 1,2 Bar).

Il riempimento del serbatoio criogenico provoca l'espulsione di una parte d'aria (presente prima di ogni avviamento) che passando in V5 e aspirata lentamente dal compressore P1 (controllo velocità motore P1) esce all'esterno lungo la valvola V6. In seguito la V2 viene chiusa ed aperta la V1 per pressurizzare lentamente il circuito con Azoto proveniente da N1 (controllo elettr. sul manometro M1) ed espellere completamente l'aria residua.

Il serbatoio N1 è isolato ed essendo in alta pressione, alimenta l'impianto con gas in diminuzione di temperatura(l'espansione di un gas in alta pressione provoca una forte diminuzione di temp a causa dell'energ. potenziale negativa).

La liquefazione a 101- 100 k alzerà la temperatura del deposito liquido da 78-80 k (temperatura nel momento in cui viene depositato) fino a circa 98-100 k, mentre la pressione sul circuito esterno in Sb1,regolata dalla valvola V5, si alzerà dai circa 1,1 - 1,2 a 6,8 Bar.Descrizione di alcuni dispositivi e dei grafici presenti in allegato.

L'espansore Scroll (o compressore Scroll) è una turbina le cui pale hanno forma aspirale.

Le prove con diversi tipi di gas hanno mediamente dato rendimenti intorno al 70 % con potenze da 1 a 3 kw. I rapporti di compressione variano tra 2,5 e 5 e la formazione di liquido non ne intralcia il funzionamento. L'usura è quasi assente nonostante siano oil-free. Molto importante è anche il numero di giri della girante che in riferimento alla potenza prodotta variano tra i 1000 e 3600 giri / min.

Per la valvola proporzionale (VCP) invece è necessario che il corpo valvola sia in acciaio inossidabile (ma anche gli altri dispositivi devono essere inox, oppure rame puro o alluminio puro). L'inox (anche rame) si adatta perfettamente ai gas criogenici liquidi.Anche per la valvola a farfalla (V5) sull'albero di trasmissione va montato un trasduttore di posizione per il controllo continuo della pressione (6,8 Bar).

Stessa cosa va fatta per il compressore P1 con un controllo del numero di giri e quindi della pressione.Il grafico gas Azoto liquido-vapore-gas ha delle isobare disegnate in modo abbastanza verticale mentre la linea ben marcata sotto separa la parte gas-vapore da quella liquida. La riga orizzontale posta a 100-101 kelvin individua i valori critici liquido-vapore al valore 8 bar, mentre al valore critico 97,2 k dovrebbe esserci l'isobara a circa 6,8 bar.Il grafico del fattore di compressibilità riporta diversi valori di Z per diversi gas. Applicando ad ogni gas la sua pressione critica e temperatura critica essi hanno tutti lo stesso comportamento.

A pressioni molto basse si comportano come gas perfetti indipendentemente dalla temperatura, mentre a temperature elevate agiscono come gas perfetti indipendentemente dalla pressione. Lo scostamento massimo si ha nella zona del punto critico. In sostanza allora, applicando lo stesso sistema a quasi tutti i gas, in teoria è possibile liquefarli e produrre energia usando questo sistema.

[Tiberio Simonetti]

Descrizione del disegno n° 2

Per aumentare la comprensione di come il circuito funziona e completare quindi questa domanda di brevetto ho inserito il disegno n°2 in cui vengono riportati alcuni particolari, che penso, siano sufficienti a chiarire quanto già sostenuto nella domanda stessa.

Prima di questo però, in equazione Primo Principio è stato detto che al valore 645 j va tolta la quantità 243 j per entalpia di evaporazione (o energia potenziale) in quanto questa ha valore negativo rispetto alla velocità delle molecole e il saldo netto positivo vale in questo caso 402 j (645 j - 243 j).

A rigor di logica è anche vero che nel momento in cui si conclude l'intero ciclo (liquefazione) il totale tra energia assorbita e ceduta (per entalpia o per altro) deve tornare in equilibrio :

Infatti portandosi da liquido a vapore con 6,8 bar e T = 101 k il fluido riceve : +2314 j dall'altro settore in liquefazione ; - 450 j li cede nella Turbina T2 ; + 164 j li riceve dalla compressione (P1) ; + 645 j li riceve dal radiatore Rad (amb. Esterno) ; – 116 jli cede nella turbina T1 ; – 2314 j li cede nella liquefazione ad 8 bar. Il totale da un saldo positivo di + 243 j che derivano dalla ricompressione da 6,8 ad 8 Bar (ed anche da un leggero recupero entalpico). (Questi vanno estratti dal tubo di calore e riportati nel contenitore Sb2 con il regolatore Reg. presente nel disegno n° 2).

Il disegno n° 1 quindi è stato completato con l'aggiunta di un regolatore (Reg) (inserito sulla parte superiore del tubo di calore nella sez. interna) e con le valvole V7 - V8 ed è stato trasformato nel disegno n° 2.

Il regolatore preleva una certa quantità di energia termica in Sb1 (perchè il suo fluido è ad una temp. più bassa) e la invia in Sb2 con un valore che può cambiare tra un minimo di 223,5 k e un massimo di 247,8 k agendo sulle valvole V7 e V8 (valvole a controllo elettronico).

Le valvole sono tenute a far si che il controllo rientri sempre nei valori programmati. In sostanza la liquefazione media può essere di circa 10 gr/sec se la T in ingresso gira sempre intorno alle 276,4 k. Se invece questa li supera allora va chiusa la V7 ed aperta la V8(serve che su Sb2 si prelevi meno energia termica dal radiatore Rad essendo il fluido in ingresso più caldo rispetto al valore 223,5 k).

Se poi la temperatura interna dovesse scendere sotto a quel valore (o meglio : se ad esempio la temperatura ambiente in ingresso sul radiatore Rad scende sotto ai 288 k) allora va chiusa parzialmente la V8 ed aperta in parte la V7.Il delta T tra ingresso Sb1 ed uscita alta Sb1 dipende tanto dalla bontà dello scambiatore.

Con una differenza = 24,3 k si sta quasi nelle peggiori condizioni, ed è probabile che in uno scambiatore con buona conduttività, la differenza tra ingresso ed uscita possa essere più piccola. Se questa dovesse essere ad esempio di soli 6,4 k(quindi T ing T2 = 270 k e non 276,4 k), il prelievo di energia in evaporazione supererebbe i 2314 j che corrispondono, come si è visto, al totale di quelli ceduti in liquefazione quindi : [(270 k – 97,2 k) x 10 gr = 1728 j + 765 j (ent) = 2493 j che sottratti ai 2314 danno : - 179 j ].

Questa situazione porterebbe ad un aumento della quantità liquefatta facendo intervenire il deposito N1 per pareggiare la pressione (che con la liquefazione tende a diminuire) ed anche la quantità di molecole presenti nel settore interno. Per evitare che ciò accada, il sistema deve leggere in continua la differenza tra ingresso ed uscita alta Sb1 ed agire sulle valvole V7 e V8 (controllo temp. e portata) affinchè solo il valore 64 j, in questo caso, (6,4 k x 10 gr) entri in più effettivamente in Sb2 rispetto al valore minimo stabilito che in kelvin vale 223,5 k.

Insieme al regolatore Reg nel disegno è stato inserito anche il serbatoio Serb1 in uscita dalla turbina T2 per meglio stabilizzare la pressione a 6,8 Bar. Una semplificazione del circuito è ottenibile lavorando anche con una sola turbina, ossia solo con la T2, ma a scapito della potenza netta prodotta.

Per concludere allora, nel sistema entrano : [(402 j (Rad) + 164 j (P1)] = 566 j termiciDal sistema escono : (450 j + 116 j) = 566 j meccanici ; Netto prodotto ed estratto 402j meccanici (566 j – 164 j = 402 j mecc).

Purtroppo sono stati esclusi tanti altri particolari, (tabelle tecniche, descrizione accurata degli scambiatori, sensori,algoritmi per il controllo di processo, impianto elettrico, schede per il controllo velocità dei motori, ecc. ecc.) che penso però, non siano necessari all'accoglimento della domanda stessa.

Scissione della CO2 e depurazione ambiente :

Per semplicità descrittiva è stata omessa la descrizione del blocco che depura e liquefa Aria, dalla quale poi vengono ricavati anche ossigeno e azoto liquidi. In ogni caso la preparazione di aria liquida è abbastanza semplice ma è comunque necessaria per rendere autonomo l'intero sistema. Questo comporta una decarbonizzazione del fluido, ed in più se si vuole, anche una scissione della CO2 prelevando una parte di energia dall'impianto stesso. In sostanza si produce prima idrogeno ed ossigeno da elettrolisi, poi si utilizza H2 in combinazione con la CO2. Il risultato da grafite, acqua, calore e di nuovo ossigeno.

In fede : Tiberio Simonetti

[Tiberio Simonetti]

Rivendicazioni 1

- Impianto a gas liquido per la produzione di energia elettrica da energia termica a temperatura ambiente :Gruppo tubo di calore (Sb1) che ha un ingresso alto con gas a 276,4 k ; un'uscita alta a 252,1 k ; un regolatore di temperatura Reg ; un deposito di azoto liquido sul fondo liq ; una valvola VCP ; due valvole V3-V4 ; un circuito di espansione e produzione di energia elettrica (T2-G2) ; un circuito di accumulo- ricompressione – e controllo portata (Serb1 – V5 – P1 – V7 – V8) ; un gruppo scambiatore di recupero energetico dall'ambiente esterno (Sb2 - Ingresso V7 su Sb2- Ingresso Regolatore su Sb2- Uscita da Sb2 e ingresso su Pompa idraulica Pid - ingresso Radiatore - uscita Radiatore e ingresso su Sb2- uscita di sicurezza V6) ; Secondo circuito di espansione e produzione di energia elettrica con regolazione della pressione (T1-G1- N1-M1-V1) ;Circuito per il caricamento di Azoto liquido, regolazione della pressione e della temperatura (Ingresso V2-liq-V4-T2-V5- Serb1- P1- V7-Sb2-V6).

2- Impianto secondo la rivendicazione 1 :

Gruppo a tubo di calore con deposito diaria o azoto liquidi o altri gas utili allo scopo (Sb1-liq) con valvola VCP e serbatoio N1 con fluido interno in alta pressione nel serbatoio N1 (Azoto, Aria o anche altri gas utili in N1)(impianto di depurazione e scissione Co2 non presente nei disegni per necessaria semplificazione).

3- Impianto secondo la rivendicazione 1 e 2 :

Impianto che estrae Azoto o aria liquida e anche altri gas utili allo scopo, dal deposito (liq) attraverso la valvola V3, anche per motivi diversi da quelli descritti nell'impianto (ad esempio estrazione di ossigeno liquido per uso terapeutico).

4- Metodo di produzione di un impianto a gas liquido per la produzione di energia elettrica da energia termica a temperatura ambiente comprendente :

Gruppo scambiatore a tubo di calore (Sb2-liq) avente in ingresso alto un fluido nello stato di gas per essere raffreddato e liquefatto da altro fluido nello stato liquido vapore presente nel deposito liq e nel settore esterno del tubo di calore ;un gruppo di espansione e ricompressione (T1-P1) ;un gruppo recuperatore di energia termica ambiente esterna (Sb1-Rad) ;un gruppo di espansione e regolatore di pressione (T2- N1-M1).

In fede : Tiberio Simonetti

[Mosley]

T. Simonetti,
mi sono un po' perso, ci farebbe una sintesi? Mi pare di capire che si parte espandendo in turbina un gas liquefatto, si esporta energia, e si torna ad avere il gas liquefatto ...

Vorrei specificato -se non è chiedere troppo- cosa entra esattamente nel Suo sistema, e cosa ne esce, in termini di energia e di materia.
Se non è possibile, non importa; quando torna freeway dalle ferie ce la fa lui, la sintesi, in queste cose è bravissimo.

Saluti.

M

[freeway]

Non ci sono mai andato, in ferie... sono solo schifato dal forum e lo evito. Sono queste, le mie ferie.

[Tiberio Simonetti]

Buongiorno Mosley
Si, è proprio come dice lei, il gas vettore in questione è azoto liquido presente in fondo al
deposito in Sb1 la valvola VCP lo preleva liquido ma appena entra nella sezione esterna in
basso su Sb1 evapora per il fatto che quel volume compreso tra la valvola e l'ingresso nel
compressore P1 comporti una diminuzione di pressione. Il gas salendo su (in Sb1 con T =
97,2 k) verso la T2 preleva energia termica dall'altro in discesa (che in partenza ha T =
276,4 k) e ne cede una parte al generatore G2, esportandola e diminuendo giustamente in
temperatura.

[questo passaggio per il momento, se vuole, può anche saltarlo :
L'equazione generale dei gas : P x V = N x R T indica che ad un aumento del volume (V) deve
corrispondere una diminuzione della pressione in modo tale che il prodotto a destra rimanga
inalterato. L'equazione però è valida solo nel caso il gas in questione è nello stato perfetto
ossia deve essere ad una temperatura o ad una pressione tale che le forze di attrazione
tra molecole (forze negative)
non influiscano sulla velocità delle molecole stesse (quindi sull'energia cinetica dei gas). Nel
merito, il gas è sotto forma di vapore e quindi non è nello stato perfetto ma in zona critica.
Questo significa che con una eventuale aggiunta di calore esso si porterà subito verso lo stato
di gas mentre al contrario, ossia se le verrà tolta una minima quantità di calore, o se dovesse
tornare ad 8 Bar, esso tornerà subito allo stato liquido].

Dopo questo in uscita dal serbatoio di accumulo Serb1 (con T = 207,1 k) preleva una parte
di energia esterna (naturalmente negativa rispetto al guadagno energetico) con la
compressione dal compressore P1. In Sb2 il gas vettore è nello stato di gas freddo
(223,5 k oppure al massimo 247,8 k) assorbe energia termica esterna a circa 293 k,
ed esce da Sb2 con T = 288 k. Il ciclo si conclude su T1. Li infatti cede energia al generatore
G1 ed entra in Sb2 con T = 276,4 k. Il raffreddamento e la conseguente liquefazione avviene
in fondo su Sb2 come già ho accennato all'inizio. La quantità di materia è sempre la stessa
(in teoria) (in sostanza l'impianto non deve perdere gas ma deve essere del tipo ermetico
allo stesso modo di come vengono costruiti i frigoriferi casalinghi) ma è chiaro che col tempo
il gas dovrà essere ripristinato.

Per quanto riguarda il lavoro meccanico prodotto ed esportato questo vale :
(450 j + 116 j - 164 j) = 402 j mentre quello prelevato dall'ambiente esterno vale :
( 288 k - 223,5 k ) x 10 grammi = 645 j termici a cui vanno tolti quelli per entalpia di evaporazione
che valgono come è stato detto 243 j ( sempre se è necessario agendo sul regolatore Reg con
adatto algoritmo) e quindi energia termica netta immessa : 645 j - 243 j = 402 j netti equivalenti
a quelli meccanici esportati.

Come ho già fatto notare nel progetto il rendimento teorico finale è uguale a 1, ma come
sappiamo tutti , in base al 1° Principio questo è impossibile. All'interno del sistema però è
stato immesso gas liquido la cui preparazione ha richiesto una grande quantità di energia.
In sostanza il rendimento sarà molto vicino ad 1 ma non potrà mai uguagliarlo a causa della
perdita di molecole verso l'esterno (non sarà mai possibile ottenere una chiusura a stagno
perfetta).

Per le richieste sig. Mosley può chiedermi tutto quello che vole, infatti sono quì per questo e per
divulgare il più possibile quanto da me sostenuto nella domanda di brevetto, quindi la ringrazio
anche per le sue domande e fin quando non sarà tutto chiaro sarò quì a disposizione.

[Mosley]

...La quantità di materia è sempre la stessa (in teoria) ...

Grazie Tiberio per la pronta risposta.

Di solito su questo Forum ci si dà del tu, anche se niente vieta che ci diamo del Lei; ma veniamo al Suo sistema: in pratica possiamo considerarlo chiuso perché non comporta scambi di materia con l'esterno, e quindi dovrebbero esserci due Sorgenti, una Calda ed una Fredda, esterne al sistema stesso, il rendimento (teorico) del quale dipende dalla differenza di temperatura fra le due Sorgenti.

Dato che questo rendimento deve comunque essere inferiore a 1 mi sembra che quanto Lei dichiara, ossia "energia termica netta immessa : 645 j - 243 j = 402 j netti equivalenti a quelli meccanici esportati", non possa essere corretto perché, se *tutta* l'energia termica venisse trasformata in energia meccanica, non ci sarebbe più bisogno di una Sorgente Fredda che ricevesse il calore di scarico; in altre parole, salvo mia insufficiente comprensione del sistema, Lei propone una macchina termica in grado di funzionare con la sola Sorgente Calda, ovvero con una sola Sorgente, però io sapevo che "... è impossibile realizzare una trasformazione il cui risultato sia solamente quello di convertire in lavoro meccanico il calore prelevato da un'unica sorgente (enunciato di Kelvin)" (da Wikipedia).

Saluti.

M

[Tiberio Simonetti]

Va bene per il Tu.
Le sorgenti sono due, una è calda ed è l'ambiente esterno a circa 293 k e l'altra fredda è il deposito
di azoto liquido a circa 101 k a 8 Bar di pressione senza il quale il sistema non può funzionare. Il rendimento
è sempre inferiore ad 1 perchè all'energia immessa che in apparenza è uguale a quella estratta
deve essere aggiunta quella per la liquefazione del gas. Il gas liquido infatti va inserito all'avvio
dell'impianto ed al rendimento uguale a 1 va tolta l'energia per la liquefazione prelevata in anticipo.

[Mosley]

Va bene per il Tu.

OK.

allora

secondo te, "... le sorgenti sono due, una è calda ed è l'ambiente esterno a circa 293 k e l'altra fredda è il deposito di azoto liquido a circa 101 k a 8 Bar ...", mentre secondo me il deposito/serbatoio di azoto liquido (N1, in basso a destra nel tuo disegno N° 2), non è esterno al sistema -come può essere esterno ad esso, se ne fa parte?
Quindi, giusta la mia interpretazione dell'enunciato di Kelvin del II° Principio sopra riportato, il tuo Sistema non dovrebbe essere in grado di esportare energia per un tempo indefinito, perché limitato dalla capacità di N1.

Saluti.

M

[Tiberio Simonetti]

Buonasera Mosley
Dunque, cerco prima di puntualizzare i nomi dei vari dispositivi. Il deposito di azoto liquido è indicato con liq
a circa 100-101 K. Questo deposito lo si può considerare (se si vuole) anche esterno al sistema. Se il liquido fosse
infatti presente in un vaso Dewar e collegato alla valvola Vcp questo sarebbe del tutto estraneo all'impianto ed
il suo compito sarebbe solo quello di inviare e ricevere azoto liquido dal serbatoio-tubo di calore. Per ricevere
azoto liquido non dovrebbe esserci altro che una pompa idraulica che invia gas liquido dal serbatoio al Dewar. La pompa
non assorbirebbe energia perchè il trasporto avverrebbe con pressione alla pari. Il deposito liquido verrebbe
sottoposto ad una pressione di 8 Bar con azoto pompato da compressore esterno che smetterebbe di lavorare
non appena la pressione avrebbe raggiunto il valore prestabilito. La valvola VCP invierebbe poi il liquido verso l'interno
del tubo di calore.

Questo esempio è stato necessario solo per dimostrare che è possibile estraniare del tutto
il deposito liquido dal sistema ma senza aggiungere prelievo di energia esterna.

D'altronde serve anche applicare una certa razionalità e praticità al dispositivo che si ha
sottomano e quindi ci si deve chiedere : E' in grado il deposito liquido con la valvola VCP
di liquefare il gas che è a contatto con il valore a 97,2 k ? Si, in pratica questo è possibile
perchè lo vedo da come l'impianto è strutturato.

[serman]

Le Discussioni create da Tiberio Simonetti

Ci mancava un altro genio.... migrante !

[Mosley]

Grazie serman,
il tuo intervento mi conforta, pensavo che il mio Bufalometro -come a volte succede- mi avesse indicato un falso positivo, invece vedo che il Proponente è proprio uno specialista di fuffa conclamata; sono molto contento di questa rivelazione, perché i disegni del Nostro sono di buona fattura e meritano di essere conservati nella Pinacoteca.

Saluti.

M

[Tiberio Simonetti]

"... Esponi la tua opinione con tranquilla chiarezza e ascolta gli altri :
Pur noiosi e incolti, hanno anch'essi una loro storia.
Evita le persone volgari e prepotenti :
Costituiscono un tormento per lo spirito. Se insisti nel confrontarti con gli altri, rischi
di diventare borioso e amaro, perchè sempre esisteranno individui migliori e peggiori di te.... "

Non pensavo di confrontarmi con qualcuno presentando una mia idea, ne tanto meno di prendere in giro chicchessia.
Evidentemente però qualcuno l'ha presa in questo modo. Mi dispiace ma è solo un suo problema, non certo il mio.
Saluti
Tiberio Simonetti

[serman]

Amen. E così sia..

[Lupino]

Mi sfugge il pregio di far espandere un gas generando energia per poi riutilizzarla congiuntamente ad altra (per sopperire agli inevitabili "sprechi del sistema") per ricomprimere lo stesso gas?
E che generatore sarebbe? Io lo chiamerei utilizzatore
Per quanto riguarda le varie descrizioni mi soffermo solo su un punto, forse il più evidente o, comunque, il più palese anche senza particolari nozioni di fisica...

La pompa non assorbirebbe energia perché il trasporto avverrebbe con pressione alla pari.

Quindi i circolatori del tuo impianto di riscaldamento non necessitano di corrente?

[Mr_Hyde]

scritto da Tiberio Simonetti

L'alcol rimane liquido fino a – 156 °C

che io sappia , l' etanolo ha un punto di fusione di circa -114 °C

l'etanolo denaturato ha un punto di fusione + elevato in quanto contiene metil-etil-chetone ( circa 2 % ) e acqua

andando a memoria, nessun alcol da me conosciuto ha un punto di fusione cosi basso ( -156 °C )

l'alcol con punto di fusione + basso mi sembra che sia l'alcol allilico ( circa - 130 °C )

cordialmente

Francy

[Tiberio Simonetti]

Buongiorno lupino
No, non voglio essere frainteso. I circolatori assorbono energia, ci mancherebbe altro.
In risposta n° 13 ho solo cercato di apportare una eventuale modifica (per me non necessaria)
ed un esempio solo per dimostrare che un eventuale serbatoio nel quale venisse inserito azoto
liquido (quindi a del tutto esterno all'impianto principale rispetto all'esempio riportato nei due disegni)
avrebbe bisogno solo di una pompa che lavora alla pari, perchè sia nel serbatoio Dewar che nel tubo
di calore le pressioni sarebbero le stesse (8 bar). Ma è chiaro che anche alla pari un pò di energia
è sempre necessaria per farla girare. La pompa però potrebbe essere eliminata se ad esempio si
montasse il contenitore Dewar sotto al tubo di calore (serbatoio Sb1). In questo secondo caso il liquido
criogenico scorrerebbe per gravità e non sarebbe necessaria la pompa.

Per la prima domanda invece la cosa funziona in questo modo :
L'azoto liquido attraverso la volvola VCP scende di pressione portandosi da 8 a 6,8 Bar. Questo provoca un
cambio di stato da liquido a vapore. Il vapore va su di temperatura prelevando energia termica dall'altro settore
ed il vapore si trasforma in gas entrando in turbina T2 con temperatura uguale a 252,1 k.

L'espansione in T2 genera lavoro pari a 450 j meccanici (con rend. = 0,6) mentre la ricompressione nel
compressore P1 ne preleva solo 164 j meccanici. P1 infatti ricomprime solo da 6,8 ad 8 Bar ed il suo lavoro
(comprese perdite con rendimento = 0,6) è inferiore al lavoro prodotto in T2.

Il compressore infatti, comprime un gas più freddo ( T ingresso P1 = 207,1 k) rispetto al valore di temperatura che
ha il gas in entrata in T2 (252,1 k) e quindi deve necessariamente assorbire meno energia.

Vorrei aggiungere un'altra cosa sempre riguardo al lavoro dei due dispositivi :
La turbina T2 eroga un lavoro non dovuto all'espansione del gas per effetto di una diminuzione
di pressione, ma per effetto dell'espansione dovuta ad un aumento di temperatura per lo scambio
energetico dovuto al contatto con la sezione interna del tubo di calore. Quindi il lavoro positivo è
in T2 dipende esclusivamente dall'energia termica ceduta dal gas caldo in discesa nel tubo di calore.

Il compressore P1 invece assorbe lavoro per ripristinare il calo di pressione provocato dalla valvola
VCP (8 Bar - 6,8 Bar) = 1,2 Bar.

Quindi non si devono confondere le due cose.

Aggiungo ancora un chiarimento :
La T2 quindi è alimentata con gas in espansione ma a pressione costante con gas in uscita
in aumento di temperatura ( ossia da 97,2 k che è la temperatura di partenza a quella in uscita
che vale 207,1 k). In sostanza una parte di energia termica assorbita nell'espansione rimane in
carico al gas stesso.

[Tiberio Simonetti]

Salve Mr-Hyde e ti ringrazio per la domanda. Si è vero l'etanolo ha temperatura di congelamento di - 114,2 °C
ma in base ad alcune tabelle l'alcol etilico arriva a -156 °C. L'etanolo bolle a 78,2 °C mentre l'alcol etilico a 78,6 °C
Il calore specifico (che è molto importante) dell'etanolo vale 2,46 kj / kg x °C
mentre il calore specifico dell'alcol etilico vale 2,84 kj /kg x °C

In ogni caso anche si prendesse in considerazione il valore - 114 °C lo scambiatore Sb2 dovrebbe funzionare
ugualmente.

[Mr_Hyde]

Salve Mr-Hyde e ti ringrazio per la domanda. Si è vero l'etanolo ha temperatura di congelamento di - 114,2 °C
ma in base ad alcune tabelle l'alcol etilico arriva a -156 °C. L'etanolo bolle a 78,2 °C mentre l'alcol etilico a 78,6 °C
Il calore specifico (che è molto importante) dell'etanolo vale 2,46 kj / kg x °C
mentre il calore specifico dell'alcol etilico vale 2,84 kj /kg x °C

In ogni caso anche si prendesse in considerazione il valore - 114 °C lo scambiatore Sb2 dovrebbe funzionare
ugualmente.

alcol etilico ed etanolo sono la stessa identica cosa ( CH3-CH2-OH ),quindi nessuna differenza nelle caratteristiche chimico-fisiche , e nessuna tabella indica che il p.f. sia -156 °C ....in tal caso stai usando una tabella sbagliata !

se usi il denaturato ( quale ? ) saliamo a circa -100 °C ( presenza di metiletilchetone e acqua)


p.s. le informazioni devono essere corrette !

[Tiberio Simonetti]

Ok, è possibile che ci siano degli errori nella tabella che ho, quindi è possibile che sia come tu dici.
Nel merito ora, anche con -114 °C non dovrebbero esserci problemi. L'azoto infatti entra nel serbatoio
di scambio in cui c'è Etanolo liquido ad una temperatura minima di 223,5 k, ossia a circa 50 gradi sottozero
mentre l'etanolo arriva a - 114 ° C per cui lo scambiatore dovrebbe lavorare con tranquillità.

[Mr_Hyde]

scritto da Tiberio

Il sistema, leggendo i vari sensori, invia gas liquido (vedere disegno) nel settore esterno in Sb1 con la valvola VCP ( VCP preleva gas liquido a pressione critica e temperatura critica a circa 101 k) nel deposito a 8 Bar e lo invia sul settore esterno dove la pressione è a 6,8 Bar facendolo evaporare.

Questo evapora perchè la sua temperatura (101 k) è maggiore della sua T critica ( a 6,8 Bar è T crit = 97,2 k)

La temperatura critica di una sostanza NON è VARIABILE, è quella e basta . ( invece da come scrivi sembrerebbe che la temperatura critica sia variabile al variare della pressione )

la temperatura critica di una sostanza è la temperatura al di sopra della quale un vapore si trasforma in gas e quindi non è + liquefacibile per semplice compressione .

Nel caso specifico ..... l'azoto ha una temperatura critica di -147°C

[Mr_Hyde]

scritto da Tiberio

Scissione della CO2 e depurazione ambiente :

Per semplicità descrittiva è stata omessa la descrizione del blocco che depura e liquefa Aria, dalla quale poi vengono ricavati anche ossigeno e azoto liquidi. In ogni caso la preparazione di aria liquida è abbastanza semplice ma è comunque necessaria per rendere autonomo l'intero sistema. Questo comporta una decarbonizzazione del fluido, ed in più se si vuole, anche una scissione della CO2 prelevando una parte di energia dall'impianto stesso. In sostanza si produce prima idrogeno ed ossigeno da elettrolisi, poi si utilizza H2 in combinazione con la CO2. Il risultato da grafite, acqua, calore e di nuovo ossigeno.

dalla reazione di Bosch tra CO2 e H2 che avviene a temperature di circa 500-600 °C su catalizzatori metallici( Ni , Fe , Ru , Co ....) non si ottiene ossigeno , ma solamente carbonio elementare e acqua

CO2 + 2H2 <---> C + 2H2O


invece dalla reazione di Sabatier tra CO2 e H2 si ottiene metano ( CH4 ) e acqua

CO2 + 4H2 -------> CH4 + 2H2O

[Tiberio Simonetti]

Mr-Hide quello che dici è vero solo in parte.
La temperatura critica per ogni gas dipende anche dalla pressione a cui è sottoposto e naturalmente alla
temperatura che ha in quel momento.

Ad esempio l'acqua bolle a circa 99-100 °C a pressione atmosferica, quindi la sua temperatura critica a 1 atm vale
circa 100 °C. Ma se l'acqua è sottoposta ad esempio ad una pressione di 0,01 atm allora la sua temp critica vale 6,6 °C
quindi bolle a 6,6 °C.

Per l'azoto la sua temp critica massima vale 126,2 k ( è possibile vedere la tabella specifica su alcuni gas)
oltre la quale non è più possibile liquefarla. Ma se si sta sotto a questo valore allora la sua liquefazione è possibile
sempre se il gas è sottoposto alla sua pressione critica. Per assicurarsi su questo ho inserito il grafico di compressibilità
dal quale è possibile ricavare tutte le pressioni di liquefazione in funzione alle varie temperature.

Ho inserito dei passaggi abbastanza comprensibili nel progetto (almeno penso) per chiarire quanto appena detto.

[Mr_Hyde]

scritto da Tiberio

Mr-Hide quello che dici è vero solo in parte.
La temperatura critica per ogni gas dipende anche dalla pressione a cui è sottoposto e naturalmente alla
temperatura che ha in quel momento.

Ad esempio l'acqua bolle a circa 99-100 °C a pressione atmosferica, quindi la sua temperatura critica a 1 atm vale
circa 100 °C. Ma se l'acqua è sottoposta ad esempio ad una pressione di 0,01 atm allora la sua temp critica vale 6,6 °C
quindi bolle a 6,6 °C.

scusa Tiberio se sono schietto . quella sopra è una tua mancanza di conoscenza della materia .

la temperatura critica dell'acqua è 374 °C( SEMPRE A QUALSIASI PRESSIONE ) al di sopra della quale qualsiasi pressione applichi NON liquefa

confondi i termini

temperatura critica è una sola per qualsiasi sostanza ( indipendentemente dalla pressione applicata )

fidati .....stai confondendo la temperatura di ebollizione ad una determinata pressione con la temperatura critica !!

INFATTI .la temperatura di ebollizione varia al variare della pressione , mentre la temperatura critica .... NOOO!

scusa ma queste sono conoscenze di base della fisica .... si studiano in 2 media superiore

[serman]

Che pazienza avete ! Io mi sono fermato alla premessa del primo intervento : si tratta di un’altra auto ad acqua ! Però’ con una variante , questa va solo ad acqua fresca!
La prossima probabilmente userà il selz per sfruttare l’energia delle bollicine.

[Tiberio Simonetti]

Ma no, non ho fatto nessuna confusione (almeno a me così sembra), ho sempre chiamato temperatura critica massima quella oltre la quale il gas non è più liquefabile, e temperatura critica specifica e pressione critica specifica tutte quelle sotto a quella massima. Potrei anche chiamarla temperatura di saturazione e pressione di saturazione quando la stessa temperatura è al di sotto della temperatura critica.

In ogni caso quello che interessa è che ai valori indicati avvengono le rispettive liquefazioni ed evaporazioni.
Nel frattempo però andiamo avanti con i vari passaggi che ancora devono essere discussi.

Grazie comunque per aver chiarito bene tutti i passaggi fino ad adesso. La schiettezza poi è necessaria
anche perchè altrimenti si creano degli equivoci.

[Mr_Hyde]

Ma no, non ho fatto nessuna confusione, ho sempre chiamato temperatura critica massima quella oltre la
quale il gas non è più liquefabile, e temperatura critica specifica e pressione critica specifica tutte quelle sotto a
quella massima. Potrei anche chiamarla temperatura di saturazione e pressione di saturazione quando
la stessa temperatura è al di sotto della temperatura critica.

In ogni caso quello che interessa è che ai valori indicati avvengono le rispettive liquefazioni ed evaporazioni.
Nel frattempo però andiamo avanti con i vari passaggi che ancora devono essere discussi

Tiberio ....mi spiego meglio , NON frega nulla a nessuno del fatto che tu hai sempre chiamato.......

IN FISICA NON ESISTE LA TEMPERATURA CRITICA MASSIMA E MINIMA . esiste LA temperatura critica , ed è una sola per qualsiasi sostanza a qualsiasi pressione

PUNTO !