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Titolo: Lavoro compressione gas

Mi chiedevo quanta energia occorre in realt� per comprimere un gas, per es. 
pensavo al metano per auto, diciamo un contenitore in pressione a 250 atm di 
circa 100 litri, che quindi contiene (assumendolo come gas perfetto) circa 
16,25 kg di combustibile a temp ambiente, pari a circa 227,5 kWh di energia 
termica. Usando la formula pi� semplice, quella della compressione isoterma 
(che � ovviamente solo
una grossolana approssimazione), l' energia per es. elettrica necessaria 
alla compressione non � affatto una quota irrilevante di quella termica come 
pci del gas, � cos� oppure sbaglio qualcosa ? Inoltre, � pi� corretto 
considerare una trasformazione adiabatica anzicch� isoterma ? 
 

 anzicché isoterma ?
Controdomanda: che cosa ci vedi di chimica in questa domanda?
 
Capita piuttosto spesso che in questo NG vengano fatte domande di
fisica, mantre non ricordo il viceversa.
La spiegazione mi pare facile: gli studenti di chimica studiano
argomenti di fisica, spesso all'interno di veri e propri corsi di
chimica.
Ne segue che
a) spesso non siano capaci di distinguere: "se la studio nel corso di
laurea in Chimica, deve essere chimica" :-)
b) presumono che i loro prof (chimici) siano in grado di rispondere.
La seconda ipotesi può essere benissimo valida, e lo è probabilmente
in questo caso: lavoro in una compressione isoterma o adiabatica.
Poi succede che questo NG sia seguito anche da fisici, quindi le
risposte ti arriveranno: fra queste la mia attuale -)
 
Siano V0, P0, T0 le temperature finali del tuo gas nella bombola.
Nel nostro caso:
V0 = 100 litri = 0.1 m^3
P0 = 250 atm =~ 2.5x10^7 Pa
T0 = 300 K (per fare cifra tonda).
La massa di gas è
 
m = mu*P0*V0/(R*T)
 
dove mu = 0.016 kg/mol è la massa molare del metano,
R = 8.31 J/(K mol) è la costante dei gas.
(Avrai notato che con sottile perfidia sto usando unità del SI, con le
quali probab. come chimico non hai troppa familiarità :). La perfidia
sta nel fatto che io saprei usare anche i litri e le atmosfere, ma non
voglio... )
A conti fatti: m = 16.0 kg.
La differenza può stare nella temperatura che tu hai assunta, e che non
dici. Poco male.
 
Siano V1, P1 i valori nello stato iniziale. Se la compressione è
isoterma, il lavoro è
 
L_is = (m/mu)*R*T*log(V1/V0) = (m/mu)*R*T*log(P0/P1) = 6.0x10^4 J
 
che è parecchio minore dei tuoi 227.5 kWh = 8.2x10^8 J (che non ho
controllato).
 
Se la compressione è adiabatica (reversibile) devi assumere che la
temp. iniziale sia ancora T0, mentre quella finale sarà parecchio
maggiore:
 
Tf/T0 = (V0/V1)^(g-1)
 
dove con g ho indicato il rapporto Cp/Cv, che per il metano sarà
attorno a 1.2 (varia abbastanza con la temperatura).
Risulta  Tf = 900 K (risultato grossolano).
Il lavoro è
 
L_ad = (m/mu)*C_v*(Tf -T0) = 2.6x10^7 J.
 
Questo è circa 1/30 di 8.2x10^8 J, ma lo devi considerare come un
risultato molto grossolano, sopratutto per la variazione dei calori
specifici con la temperatura.
 
C'è poi da considerare due cose:
1) La compressione non sarà adiabatica, perché quando il gas compresso
si scalda cede un po' di calore all'esterno. Difficile dire quanto, ma
questo fa diminuire il lavoro. Tutto dipende da quanto è veloce la
compressione: vai a sapere...
2) La compressione non sarà certo reversibile, quindi la pressione
sarà maggiore di quella di equilibrio punto per punto lungo la
compressione, e questo di sicuro fa aumentare il lavoro.
 
Non ho proprio idea di quale effetto prevalga, per cui in conclusione
posso dire solo che il lavoro di compressione sarà minore
(forse 1/100?) di quello che chiami "pci del gas".
 
Il tutto a meno di errori di calcolo :-)
 
 
-- 
Elio Fabri
 

> se vuoi farti il pieno di metano da solo occhio che alla fine vai a spendere di piu'
 
Addirittura conviene collegare l'auto al impianto di casa!!
Un po' come il GPL...
 
Giulia
 


 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 

 specifici con la temperatura.
 
dunque, rifacendo i calcoli con l' isoterma mi viene in effetti 46 kJ = 12,8
* 10^(-3) kWh praticamente identico a quanto sopra (ma per quanto capisco di
scarso interessante pratico, alla fine).
 
Interessante invece che già nel caso adiabatico il lavoro di compressione 
(cmq
ancora sottostimato) sia ancora qualche % del potere calorifico inferiore
(pci) del combustibile gassoso 
 

 
http://www.metanoauto.com/modules.php?name=Forums&file=viewtopic&p=241125
 
 
no, tranquilli, niente di tutto questo, mi interessava solo capire il lavoro 
compressione del gas vs potere energetico del gas 
 

 compressione del gas vs potere energetico del gas
 
Comunque il CH4 viene erogato a 218 bar, non 250 (tra bar e atm c'e'
poca differenza).
 
--
BlueRay

poca differenza).
 
č per tutti i serbatoi cosě o le pressioni possono cambiare, anche di poco ?
inoltre, per curiositŕ, quanto pesa di suo il contenitore in pressione di 
metano (vuoto, ovviamnete) ? 
 

 metano (vuoto, ovviamnete) ?
 
Non dipende dal serbatoio che e' nell'auto (almeno nell'ipotesi che
intendessi questo) ma dalla pressione a cui viene erogato dal
distributore. Certo, e' evidente che comunque il serbatoio nell'auto
deve essere progettato per una pressione superiore a quella.
Il serbatoio vuoto pesa a seconda di quanto e' grande...
 
--
cometa-luminosa

 Il serbatoio vuoto pesa a seconda di quanto e' grande...
 
ma � per me questa replica ? Perch� non credo di averne capito il legame con 
la mia precedente risposta...cmq, in sostanza, mi chiedevo quanto possa 
pesare un contenitore in pressione capace di resistere in sicurezza a 200 
atm e forse un po' di pi� per ragioni di sicurezza. Mi aspetterei almeno un 
100-150 di kg per il ch4, a differenza del gpl che essendo liquido a modeste 
pressioni (< 10 atm) ha un peso del contenitore praticamente irrilevante in 
rapporto al suo potere energetico/autonomia (ragion per cui i combustibili 
liquidi sono cos� importanti nelle societ� odierne) 
 

 liquidi sono cos importanti nelle societ odierne)
 
Scusa, ma come fai a non renderti conto della insensatezza della tua
domanda? Dipendera' da quanto e' grande il serbatoio, o no? Se e' un
serbatoio da 20 litri pesera' tot, se e' da 100 litri pesera'
diversamente...
 
cometa_luminosa = BlueRay

 danno all' una e l' altra...
Quindi io che nel corso di Fisica Generale I che tenevo 20 anni fa
insegnavo *tutte* le cose di cui si sta parlando in questo thread, in
realtà insegnavo chimica :-))
 
Aprofitto per un emendamento al mio post precedente.
In realtà avevo sottostimato l'importanza della bombola...
Voglio dire che la capacità termica di questa è talmente superiore a
quella del gas che contiene, che pensare a una compressione anche
approssimativamente adiabatica è certamente irrealistico.
Per quanto rapida possa essere la compressione, il gas cede
immediatamente calore alle pareti, e la sua temperatura può essere
solo di pochissimo superiore a quella ambiente.
Anche se non saprei proprio come fare un calcolo ragionevole...
 
 
-- 
Elio Fabri
 
Nella casa risuonarono i rintocchi di un orologio, poi di un altro, poi
di un altro ancora ... quanti orologi! Come se lì il tempo fosse una
realtà molteplice, diversa a ogni livello, in ogni stanza.
 

 In realtà avevo sottostimato l'importanza della bombola...
 
ovviamente il problema reale è molto più complesso di così 
 

 diversamente...
 
No, ovviamente non è così semplice, perchè nel caso del metano il fatto che 
il contenitore debba sopportare alte pressioni richiede un dimensionamento 
più spinto (materiali più rigidi o spessori maggiori, ecc...), anche 
suppongo per ragioni di sicurezza, a differenza del gpl che è già liquido a 
pressioni modeste, e con l' aggravante che per es. un contenitore di 100 
litri di metano contiene poco più di 15 kg di combustibile, mentre per il 
gpl lo stesso contenitore contiene appunto 100 litri di combustibile (fatto 
salvi cmq i differenti pci dei due combustibili) 
 

 salvi cmq i differenti pci dei due combustibili).
 
Percio' tentavo di farti capire che avresti dovuto formulare la tua
domanda in maniera piu' precisa, specificando almeno il volume del
recipiente e la sua forma.
 
--
BlueRay = cometa_luminosa
 

recipiente e la sua forma.
 
Continuo a non capire questa replica, veramente tu hai scritto " come fai a 
non renderti conto della insensatezza della tua
domanda? Dipendera' da quanto e' grande il serbatoio, o no? Se e' un
serbatoio da 20 litri pesera' tot, se e' da 100 litri pesera'
diversamente..."
che non era affatto questo il mio punto, visto che per un stesso serbatoio 
anche di pari volume il peso da vuoto cambia eccome se contiene gpl o metano 
(e cambia enormemente anche l' energia stoccabile). Per il resto nel post 
iniziale ho detto che si trattava di un serbatoio da 100 litri (tipici di 
quelli odierni), specificarne la forma e i materiali è probabilmente 
irrilevante perchè mi riferisco a quelli oggi in uso ed in commercio. Tra l' 
altro credo che sia questa differenza di peso (100 kg in più ?) a far 
decadere di quel po' le prestazioni di un veicolo convertito a metano 
 

 combustibili)
 
 


 (e cambia enormemente anche l' energia stoccabile).
 
Io ho solo replicato a questa tua frase:
 
<<è per tutti i serbatoi così o le pressioni possono cambiare, anche
di poco ?
inoltre, per curiosità, quanto pesa di suo il contenitore in pressione
di
metano (vuoto, ovviamnete) ? >>
 
Se non si specifica:
 
- volume del contenitore di metano
- forma del contenitore
- materiale utilizzato
- tecnologia costruttiva
 
Non si puo' rispondere alla domanda "quanto pesa di suo il contenitore
in pressione di metano?"
 
Tutto qui.
Ciao.
 
--
cometa_luminosa

 stagni, può anadare bene sia per fisica per chimica
Come hai già capito io la penso in maniera totalmente diversa (e scusa
se insisto).
 
Ovvio che esistano delle zone di confine, succede spesso fra scienze
diverse.
Ma non è questo il caso.
Statica dei fluidi, leggi dei gas, principi della termodinamica *sono
fisica*.
Poi accade che siano argomenti importanti anche per la chimica, e che
esista un settore della chimica, chiamato "chimica fisica" (senza
trattino), che appunto applica strumenti presi dalla fisica per
problemi chimici.
 
Ma pensare che gli argomenti che ho citato possano essere, a piacere,
visti come fisica o come chimica, è altrettanto poco fondato come lo
sarebbe sostenere che le derivate sono "anche" fisica, dal momento che
servono moltissimo anche in fisica.
 
 
-- 
Elio Fabri
 

 Il propano che compro io è 530 kg/kL
Questa è la migliore del secolo! I kL (chilolitri) non li avevo mai
sentiti.
Ti dicono niente i m^3 ?
Ma già, voi chimici siete quelli che invece di cm^3 dite
sistematicamente millilitri :-<
(A proposito di SI, si diceva giorni fa...)
 
-- 
Elio Fabri
 


 
 
-- 


 tollerata, ma proprio accettata, come sinonimo di dm^3 ?
 
Giusto, e' compreso tra le:
"Unitï¿œs en dehors du SI dont l'usage est acceptï¿œ avec le SI",
v.:
 
http://www.bipm.org/fr/si/si_brochure/chapter4/table6.html
 
 
Come curiosita', poco tempo fa su un altro ng venivano citati
i kilopicofarad, che penso ben si accoppierebbero con i tuoi
kg/kL. ;-)
 
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani
 
 
 
 

che però in kg, per avere un confronto uniforme, saranno si e no 55 credo.
 
Certo, erano solo numeri grossolani solo per spiegare il concetto (che cmq 
mi sembra non sia stato ancora assimilato...) 
 

se insisto).
 
prego, anche se mi sembra solo una questione vagamente accademica (non che
le questioni accademiche non possano essere pure importanti/interessanti) 
 

in pressione di metano?"
 
Purtroppo continui a non capire la differenza tra il peso (rilevante) di un
contenitore in pressione tipo metano e quello (praticamente irrilevante) di
uno che contenga liquidi a pressione atm o poco superiori (ovviamente a
parit� di altri parametri, non puoi confrontare una contenitore di 20 kg di
metano con uno di 100 kg di gpl, o uno di alluminio con uno di latta, non ha 
senso), spero questo possa servire 
 

 Purtroppo continui a non capire
 
Guarda che sei tu che non hai capito che non puoi pretendere di aver
ragione sulla base di argomentazioni che io ti ho spiegato *dopo*!
 
Ti saluto.
 
--
cometa_luminosa

>
 
mah ... per non saper né leggere né scrivere, si potrebbe 
semplicemente mediare l'autonomia di un certo numero di auto 
a metano, e di auto a GPL (sperando di simili cilindrate).
 
Dal basso di un campione di sole 2 a metano (di amici) e 4 a 
GPL, ricordo vagamente che le prime avevano (parlo di 10 
anni fa però) circa 300 km di autonomia, quelle a GPL 
500-600 km. Magari le cose sono cambiate, ma all'epoca 
l'autonomia a GPL era grossomodo poco meno che doppia.
Questo empiricamente suggerisce che l'efficienza di 
trasportare un combustibile gassoso, anche molto compresso, 
è distintamente inferiore a quella di trasportarne uno 
liquido di natura analoga.
Del resto era intuibile, perché il primo è cmq molto meno 
denso per unità di volume stoccato (e detto simile volume 
richiede un recipiente molto più spesso e pesante).
 
Non mi sembra che le numerose variabili in gioco siano tali 
da impedire una visione d'insieme dal punto di osservazione 
forse meno raffinato ma concreto : quello della performance 
in campo di modelli esistenti, che ingloba già ogni 
possibile parametro, assumendo che ogni aspetto sia già 
stato ottimizzato in misura ragionevole.
 
Quindi onestamente non ho ben capito di cosa state 
discutendo esattamente :)
ciao



 Purtroppo continui a non capire
 
Guarda che sei tu che non hai capito che non puoi pretendere di aver
ragione sulla base di argomentazioni che io ti ho spiegato *dopo*!
 
Ti saluto.
------
 
Mi sembri inutilmente nervoso, ma non c'� ne assolutamente motivo. Quello 
che volevo farti capire che non ha senso comparare (ceteris paribus) un 
contenitore tipo gpl con uno in pressione tipo metano. Adesso mi pare alla 
fine sei riuscito a capire questo concetto anche tu. Cordialit�, in ogni 
caso. 
 

ciao
 
ï¿œ probabile, ma non ne sono certo, che un serbatoio di metano di quelli oggi 
in uso da 100 litri possa pesare incluso il combustibile anche piï¿œ di 100 
kg, se poi il paragone lo si fa a paritï¿œ di autonomia il vantaggio del gpl ï¿œ 
ancora piï¿œ marcato (per quanto il metano ha altre positive caratteristiche). 
Ovviamente il confronto con il tipo di materiale, volume, forma costruttiva, 
ecc... ï¿œ completamente irrilevante perchï¿œ anche a paritï¿œ di materiali, 
volume, etc... il serbatoio di gpl sarï¿œ intrinsecamente piï¿œ pesante (a 
maggior ragione a paritï¿œ di autonomia) 
 

 discutendo esattamente :)
 
Ok, brevissimo riassunto. BlueRay ha scritto:
 
<<Comunque il CH4 viene erogato a 218 bar, non 250 (tra bar e atm c'e'
poca differenza).>>
 
e Alex p. ha replicato:
 
<<è per tutti i serbatoi così o le pressioni possono cambiare, anche
di poco ?
inoltre, per curiosità, quanto pesa di suo il contenitore in pressione
di
metano (vuoto, ovviamnete) ? >>
 
e la questione e' sulla seconda domanda di Alex P. ovvero:
 
"inoltre, per curiosità, quanto pesa di suo il contenitore in
pressione di
metano (vuoto, ovviamnete) ?"
 
Tu, Mario, come risponderesti a questa domanda, esattamente cosi'
com'e'?
Ciao
 
--
cometa_luminosa

 paribus) un contenitore tipo gpl con uno in pressione tipo metano.
 
Sei tu a non aver capito che non puoi comparare *nemmeno due
contenitori in gpl*, se non specifichi *almeno* che hanno:
 
- stesso volume (e fin qui mi puo' andare bene perche' avevi gia'
detto "100 litri" nel tuo primo post);
- stessa forma;
- stessi materiali e tecnologia costruttiva.
 
Esempio: due contenitori di gpl, entrambe di 100 litri, uno a forma di
disco schiacciato ed uno a forma sferica, fatti con gli stessi
materiali e la stessa tecnologia costruttiva, hanno lo stesso peso? Se
pensi di si allora non ci siamo (per due motivi, indovina quali) .
 
Per quanto riguarda il fatto che a parita' di tutti i fattori che ho
elencato, un contenitore A che deve essere certificato per sostenere
una pressione interna molto superiore a quella di un'altro B, debba
avere pareti piu' spesse e quindi essere piu' pesante, che cosa ti fa
pensare che io potessi non sapere una tale banalita'? Sei nuovo in
questo ng, vero?
 
--
cometa_luminosa

 questo ng, vero?
 
Veramente sei solo tu che hai fatto tutto questo casino, facciamo pure finta
che niente sia successo ed andiamo avanti. Cmq no, non sono nuovo del ng,
che lurko di tanto in tanto 
 

 parametro;
 
E se sai questo, allora qual'e' il senso della tua domanda "quanto
pesa un contenitore di metano"?  :-)
 
--
cometa_luminosa

 Ciao


 pesa un contenitore di metano"?  :-)
 
Mi sembra che questa (abbastanza inutile) discussione sia durata gi� troppo, 
adesso direi di smetterla. Come ho gi� detto pi� volte (e pure qualcuno 
altro ha pure sottolineato poco sopra) il senso c'� eccome, perch� un 
contenitore di gpl pesa praticamente solo il combustibile che trasporta, per 
il metano il peso del contenitore � gi� di suo rilevante, nella pratica. 
Peraltro, un confronto a parit� di autonomia � ancora pi� sbilanciato in 
sfavore del metano. Mi dispiace che non capisci questa ovviet�, ma � cos� 
 

 troppo, adesso direi di smetterla.
 
Vedi che, alla fine, un accordo si trova sempre?  :-)