Il lavoro di pompaggio nel Colibrì a vapore

Nell'analisi del ciclo termodinamico del motore Colibrì discussa nel precedente post è stato tralasciato il lavoro necessario al pompaggio del liquido. Di seguito viene completata la trattazione con i calcoli relativi.

Massa di vapore consumato per ciclo = m_vap = 0,03492 g

Densità del liquido saturo a 1bar = ρ_{liquido saturo @1bar} = 958,63 kg/m³ = 0,95863 g/cm³

Volume di liquido da pompare = V_liquido = m_vap / ρ_{liquido saturo @1bar} =
= 0,03492 g / 0,95863 g/cm³ = 0,03643 cm³ = 0,03643 * 10^-6 m³

Differenza di pressione = ΔP = P_Iniezione - P_Scarico = 10 bar - 1 bar = 9 bar = 900.000 Pa

Lavoro di pompaggio = V_liquido * ΔP = 0,03643 * 10^-6 m³ * 900.000 Pa = 0,0328 J

Lavoro utile motore = L_AB + L_CD = 10,8 J (dal post precedente)

Lavoro utile corretto = Lavoro utile motore - Lavoro di pompaggio = 10,77 J

I calcoli mostrano che il lavoro di pompaggio risulta estremamente più basso rispetto al lavoro utile del motore (0,0328J contro 10,8J pari allo 0,30%) e in pratica il lavoro utile corretto risulta molto vicino al lavoro utile già calcolato in precedenza.

In una situazione reale, anche ipotizzando che la pompa del liquido abbia un'efficienza del 50%, causando quindi il raddoppio del lavoro necessario per il pompaggio (che passerebbe da 0,0328J a 0,0656J), la situazione resterebbe comunque quasi invariata.

Il fatto che il lavoro utile del motore (parte attiva dell'impianto che genera lavoro) sia molto superiore al lavoro di pompaggio (parte passiva dell'impianto che assorbe lavoro) è una caratteristica tipica dei motori a vapore e più in generale del ciclo Rankine (a condizione comunque che le pressioni di lavoro siano lontane dal punto critico).

Tale caratteristica costituisce uno dei punti forza del motore a vapore rispetto al motore Brayton.