energia termica

COS’E’ L’ENERGIA TERMICA
L'energia termica è la forma di energia posseduta da qualsiasi
corpo che abbia una temperatura superiore allo zero assoluto. E’
la fonte di energia di gran lunga più utilizzata dall'uomo e una
delle più diffuse in natura: qualsiasi azione fisica produce energia
termica
e
anche
moltissime
reazioni
chimiche.
L'energia termica si manifesta a livello delle molecole sotto
forma di "energia vibrazionale", ovvero le molecole vibrano in
modo microscopico diffondendo la propria vibrazione a quelle
vicine. L'energia termica si sviluppa in tutte le reazioni
esotermiche, la più comune delle quali è la combustione. Con la
combustione si libera energia chimica (ad esempio ossigeno e
metano) producendo composti a bassa energia chimica (anidride
carbonica e acqua), la differenza viene dissipata sotto forma di
calore.
COME SI PROPAGA L’ENERGIA
TERMICA
Può essere rilasciata o acquisita da un qualsiasi sistema avente
temperatura diversa rispetto a quella del suo immediato intorno,
sia esso dello stesso stato fisico, possiamo avere tre diverse
tipologie di scambio termico:
Conduzione. Per conduzione si verifica il passaggio di energia
termica tra sistemi solidi o al loro interno.
Convezione. Per convezione si verifica il passaggio di energia
termica tra sistemi fluidi.
Irraggiamento. Per irraggiamento di verifica il passaggio di
energia termica attraverso emissione di onde elettromagnetiche
luminose ed infrarosse. L’energia termica del sole arriva sulla
terra per effetto di irraggiamento.
FONTI
L'energia termica può essere prodotta in grande
quantità semplicemente attraverso le reazioni
chimiche di combustione, oppure per mezzo di
reazioni nucleari, o anche attraverso il passaggio di
corrente elettrica attraverso un filo a bassa
resistenza, come avviene nelle stufe elettriche e in
tutti gli elettrodomestici che riscaldano l'ambiente
(lavatrice, forno elettrico, ecc). Due sono le fonti
naturali di energia termica: il Sole e il sottosuolo.
APPLICAZIONI
Le applicazioni dell'energia termica sono dunque
sostanzialmente:
• nel riscaldamento e cottura dei cibi una volta
prodotta da fonti di energia;
• nella produzione di energia meccanica e
energia elettrica dopo averla appositamente
convertita;
RISCALDAMENTO NELLE CASE
I sistemi di riscaldamento tradizionali sono realizzati
principalmente usando il principio della convezione. Il sistema
è composto da una caldaia che brucia generalmente a gas
metano ad una temperatura intorno ai 1500 gradi centigradi.
L’acqua a questo punto raggiunge una temperatura che,
generalmente, si attesta sui 70 gradi. Da qui la pompa della
caldaia spinge il liquido caldo verso il collettore (o i collettori
nel caso di impianto a più zone), da dove vengono distribuite a
stella le tubazioni di andata e ritorno sui vari ambienti.
A questo punto nei locali si possono ottenere due soluzioni
classiche: termosifoni (ghisa o acciaio) o termoconvettori.
FORNELLI A GAS
http://www.youtube.com/watch?v=95rAy4BQYms
FORNELLI A INDUZIONE
Il fornello ad induzione è costituito da una bobina entro cui
viene fatta scorrere una corrente elettrica alternata o comunque
variabile nel tempo. La corrente che scorre nella bobina
produce un campo magnetico variabile nel tempo al pari della
corrente che lo genera. Per la legge di Faraday, una variazione
del flusso del campo magnetico nel tempo produce una forza
elettromotrice indotta. Questa forza elettromotrice dà luogo a
correnti elettriche indotte, chiamate correnti parassite, che
finiscono per circolare nel materiale dei recipienti disposti sul
fornello e, per effetto Joule, dissipano energia sotto forma di
calore provocando il riscaldamento.
CONVERSIONE IIN ENERGIA
MECCANICA
Riscaldando un gas a volume costante, aumenta l'energia
cinetica media delle particelle che lo compongono, che
così incrementano la pressione sulle pareti del recipiente
che le contiene. Il gas ha acquisito energia potenziale ed è
così in grado di espandersi e poter compiere un lavoro
meccanico come avviene comunemente nelle macchine
termiche. Nel caso il gas possa espandersi, compie un
lavoro e così consuma parte dell'energia che ha acquisito,
raffreddandosi.
CONVERSIONE IN ENERGIA ELETTRICA
L'energia termica è anche quella più utilizzata
per produrre energia elettrica, infatti tutte le
centrali termoelettriche (carbone, petrolio, gas
ma anche nucleari, quindi emissioni di gas serra)
producono energia termica (sotto forma di
vapore) che viene poi convertita in energia
meccanica da una turbina e infine in energia
elettrica da un generatore, ma anche nelle
centrali geotermiche e nelle centrali solari.
CENTRALE TERMOELETTRICHE
Una centrale termoelettrica è un impianto che usa il vapore e/o
gas per la produzione di energia elettrica. Essa è divisa in più
elementi essenziali: la caldaia, la turbina, l'alternatore, il
bruciatore e l'impianto di raffreddamento. Prima di entrare nella
caldaia, l'acqua di alimento subisce una fase di preriscaldamento.
Il vapore surriscaldato può a questo punto essere utilizzato per
l'espansione in turbina. L'espansione del vapore in turbina
permette il trasferimento di potenza meccanica alle schiere di
pale rotoriche. La coppia resistente necessaria a stabilizzare la
rotazione del rotore è assorbita dall'alternatore. Tale coppia
resistente viene convertita in energia elettrica.
svantaggi
I residui della combustione dei combustibili
generano una quantità elevata di prodotti inquinanti
come i fumi, il particolato fine, gli ossidi di zolfo e
azoto e gli idrocarburi aromatici, che possono essere
dispersi nell'ambiente. Nei paesi meno sviluppati
questo tipo di impianti sono spesso molto dannosi,
poiché a causa del loro alto costo di costruzione, le
strutture di depurazione dei fumi non vengono
costruite e ciò le rende delle pericolose fonti di
inquinamento.
ENERGIA GEOTRMICA
L’accumulo di calore nel sottosuolo più profondo è
dovuto al calore del mantello terrestre che raggiunge
la crosta terrestre attraverso il magma e le acque
profonde (che sono anche causa di fenomeni come
le eruzioni vulcaniche, le sorgenti termali, i geyser o
le fumarole) ; l’accumulo di calore in superficie è
principalmente dovuto al Sole.
Questo calore “naturale” può essere sfruttato per
generare “energia geotermica”.
ENERGIA TERMICA SOLARE
Con il termine energia solare si intende la
produzione di energia termica ed elettrica
ottenuta sfruttando luce e calore presenti nei
fotoni, particelle che compongono i raggi solari.
L’energia solare viene sfruttata, con due tipi di
pannelli, per scopi diversi. Fotovoltaico Solare
termico.
CONSUMI DI ENERGIA PER USI
TERMICI
Il dibattito pubblico tende a dare molto peso
all’energia
elettrica
e
non
considera
adeguatamente l’effettivo rilievo delle altre
principali tipologie di consumo dell’energia, sia
civili che industriali, quella per gli usi termici
(calore e freddo) e quella utilizzata nei trasporti.
CONSUMI FINALI DI ENERGIA TERMICA
2011 PER FONTI
CONSUMI FINALI DI ENERGIA TERMICA
2011 PER FONTI E SETTORI
TEMPERATURE DEI CONSUMI DI
ENERGIA TERMICA DELL’INDUSTRIA IN
EUROPA
TEMPERATURE DEI CONSUMI DI
ENERGIA TERMICA NEI SETTORI
DELL’INDUSTRIA IN EUROPA
CONSUMI DI ENERGIA TERMICA DA
FONTI RINNOVABILI 1990-2011