Il rigeneratore di calore - Parte seconda

Completiamo il quadro iniziato con il precedente post considerando il caso in cui agendo dall'esterno si fa in modo di mantenere costante la temperatura nelle due camere.
Per simulare questa situazione ipotizziamo di avere un contenitore cilindrico al cui interno viene fatto scorrere un pistone di materiale isolante forato in modo da mettere in comunicazione le due camere (per ulteriori dettagli si rimanda al post introduttivo) in cui le pareti opposte del cilindro sono termicamente conduttive e riescono a mantenere costante la temperatura del gas nella camera relativa.
Scegliamo di avere la parete sinistra alla temperatura calda, quindi il gas nella camera di sinistra viene mantenuto alla stessa temperatura calda, e la parete destra alla temperatura fredda, quindi il gas nella camera destra viene mantenuto alla stessa temperatura fredda.
Nell'animazione vengono rappresentati gli scambi termici con delle frecce gialle che indicano il verso di spostamento del calore.

L'animazione mostra che per mantenere costante la temperatura delle due camere è necessario un flusso di calore che conserva sempre lo stesso verso.
Nella camera sinistra le frecce puntano dalla parete calda verso il gas, cioè la parete cede calore al gas.
Nella camera destra, le frecce puntano dal gas verso la parete fredda, cioè il gas cede calore alla parete fredda.
L'effetto termico netto è perciò uno spostamento di calore dalla parete calda alla parete fredda.
Inoltre, mentre nella situazione adiabatica la pressione risulta indipentedente dalla posizione del pistone, ora, in condizioni di isotermia in ciascuna delle due camere, la pressione dipende dalla posizione del pistone: risulta massima con il pistone tutto a destra, minima con il pistone tutto a sinistra.
Vediamo ora cosa accade inserendo il rigeneratore.
Come nell'ultima animazione gli scambi termici sono rappresentati con delle frecce gialle che indicano il verso di spostamento del calore.

L'animazione mostra che per mantenere costante la temperatura delle due camere è necessario un flusso di calore dalle pareti verso il gas quando il pistone si muove da destra verso sinistra, cioè le pareti cedono energia termica al gas.
Invece, quando il pistone si muove da sinistra verso destra il flusso di calore è invertito, il calore passa dal gas verso le pareti conduttive, cioè le pareti acquistano energia termica.
L'effetto termico netto è nullo.
Non c'è nessun trasporto termico dalla parete calda alla parete fredda.
Per metà ciclo le pareti cedono energia ma la riacquistano nella restante metà ciclo.
Come nella situazione adiabatica la pressione risulta dipentedente dalla posizione del pistone e risulta massima con il pistone tutto a destra, minima con il pistone tutto a sinistra.
Concludiamo sottolineando il fatto che, rispetto all'esempio di rigenerazione in condizioni adiabatiche, il mantenimento delle temperatura massima a sinistra e della temperatura fredda a destra (isotermia) provoca una maggiore sollecitazione del rigeneratore di calore in quanto risulta maggiore il quantitativo di energia termica da accumulare e cedere.
Questa informazione viene mostrata nell'animazione colorando il rigeneratore di un rosa più intenso (rispetto al caso adiabatico) quando il pistone è tutto a sinistra, e di un azzurro più intenso (rispetto al caso adiabatico) quando il pistone è tutto a destra.
Il rigeneratore impedisce lo scambio termico fra parete calda e parete fredda, agisce cioè da separatore.
Quando il pistone si muove da destra verso sinistra, il calore che passa dalla parete calda al gas nella camera sinistra, poi viene accumulato nel rigeneratore.
Nella camera di destra la temperatura si abbassa e la parete fredda cede calore al gas.
Quando il pistone si muove da sinistra a destra, il rigeneratore cede calore al gas che lo attraversa, il gas nella camera sinistra diventa più caldo della parete calda e cede calore alla parete (nella stessa quantità che era stata ceduta in precedenza dalla parete al gas).
Nella camera di destra la temperatura aumenta e il gas cede calore alla parete fredda (nella stessa quantità che era stata ceduta dalla parete fredda al gas).