Il ruolo del consumo energetico nei processi di lavorazione

Il consumo energetico richiesto per una lavorazione meccanica costituisce un criterio di scelta del ciclo di produzione di un oggetto. Vediamo come.

L’articolo si concentra sul consumo energetico richiesto per la lavorazione di componenti meccanici e oggetti in generale che, come vedremo, dipende dal processo scelto a parità di materiale da lavorare.

La scelta si basa su molti vincoli dettati dalla realtà aziendale che deve produrre il componente, ma sicuramente proviene da un’ottimizzazione di tipo tecnico-economico.

Nell’articolo si fa riferimento al lavoro del prof. Timothy Gutowski del Massachusetts Institute of Technology (MIT), particolarmente adatto per porre le basi del confronto tra processi di lavorazione e trasformazione dei materiali basato sull’energia richiesta.

Il concetto di exergia

Nel tentativo di tenere conto dei numerosi flussi in entrata e in uscita di un processo di produzione, il concetto termodinamico di exergia o lavoro disponibile può semplificare notevolmente il problema.

“In termodinamica l’exergia di un sistema è la massima frazione di energia di prima specie (meccanica, elettrica, potenziale, cinetica, elettromagnetica, chimica) che può essere convertita in lavoro meccanico mediante macchina reversibile. L’exergia si conserva nei processi reversibili e diminuisce nei processi irreversibili” (Wikipedia).

L’exergia, quindi, misura il potenziale dei materiali di compiere lavoro. I combustibili possiedono naturalmente valori elevati di exergia, ma molti altri materiali, tra cui metalli puri, plastiche e altre sostanze organiche, possono avere valori altrettanto elevati.

Il vantaggio dell’uso dell’exergia è che permette di esprimere gli input e gli output di materiali ed energia nella stessa unità, solitamente joule (J). La differenza tra gli input e gli output rappresenta l’exergia persa.

Nella stragrande maggioranza dei casi, la trasformazione dei materiali lavorati e la trasformazione dei combustibili avvengono come attività separate, sebbene interconnesse. L’esempio più diretto, rilevante per il caso in esame, è la conversione dei combustibili per produrre elettricità, necessaria ad alimentare il processo di trasformazione dei materiali.