Appunti fisica tecnica - (equazione di Bernulli, cicli (otto, diesel, Carnot, Renkine, ecc) e macchine frigorifere

Ciclo di Carnot

Ciclo di Carnot per un gas perfetto, sul piano di Clapeyron rendimento massimo!

Isoterme, adiabatiche, compressione, espansione, rendimento M = sul piano entropico: lavoro compiuto, calore assorbito ad alta temperatura.

Ciclo di Carnot per un gas perfetto rendimento massimo!

Isoterme, adiabatiche, schema e blocchi, compressione, espansione, rendimento, lavoro compiuto, calore assorbito alla temperatura, piano entropico:

Equazione di Bernoulli

Equazione di Bernoulli di flusso monodimensionale (mono dim.).

v₁, v₂ velocità delle 2 sezioni. ΔQ calore ricevuto dall'est. ΔL lavoro ceduto all'est. Scambi energetici con l'esterno. z quote del baricentro sulle sez. d'ingresso e di uscita. h entalpia specifica sulla sezioni teli.

Sistema aperto in regime stazionario

Sistema aperto in regime stazionario. Dall'analisi del sistema si trova che (1^a PT)

E₂ = E₁ + E_1-2

E₁ = v₁²⁄₂ + gz + μ₁ + p₁V₁

Cinetica, potenziale, interna. h₁ entalpia e dalla forza di pressione.

Eq. di conservazione dell'energia

Eq. di conservazione dell'energia

E_t2 - 1/2 V_t2² + g z_t2 + u_t2 + ρ_t2v₂²

E_t12 = Q - h{ E_t2 + E_t2 } --> { E_t12 + Ė + ... E_t } = 0

Q - h_t + (h_t1 + 1/2 V_t1² + g z_t1) - (h_t2 + 1/2 V_t2² + g z_t2) = 0

... applicarlo faccio il differenziale

dQ - dh = dh - 1/2 dV² - g dz = 0

Somma 2:1 dell' eq. prima

h_t = u + ρV => dh_t = du + ρdV + Vdp

dQ - dH = du => dQ = dρ + ρdV => dQ

dh_t = dQ + Vdp

Se la temp e o pressione conostata dh = dQ

Quindi:

dQ - dH = dQ = Vdp - 1/2 dV² - gdz = 0

Entropia

dS

dQ

dQ_REV

dQ_IRR

TdS = dQ_REV + dQ_IRR

Entropia ae costante, per reversibile = costante, per irreversibile non costante.

TdS_REV - dh = TdS_REV - TdS_IRR - Vdp - 1/2 dV² - gdz = 0

dh + TdS_IRR + Vdp + 1/2 dV² + gdz = 0

Scambi con est, che possono anche non esserci. L’energia meccanica.

Integrando abbiamo l’eq di Bernoulli

h₁₂ = h₁-h₂ + ∫₁² vdP + 1/2 ∫₁² V² + ∫₁² gdz = 0

Perdite di carico concentrate e distribuite

Perdite di carico concentrate e distribuite.

∫₁² T_STIR

Cambio di geometria, frizione.

h₁₂ + R₁₂ + ∫₁² vdP + g (z₂-z₁) + 1/2 (V₂² - V₁²) = 0

Applicazione dell'eq di Bernoulli

Applicazione dell'eq di Bernoulli: impianto di riscaldamento.

Tra i sistemi aperti e un "sist. chiuso" ciclo scegliamo noi le sez. + comode (escludendo la pompa) 1 e 2.

Pozzo per reintrecciare, acque che evaporano.

Tra 1 e 2 non c'è diff di quota, se fosse molto piccola non le considero.

Non c'è variaz di velocit.: turbobone è costante. Portata G = A Vcost. Non varia energia in pressione voluto (o).

La pompa idraulica studio la sua "prevalenza" (lavoro che cede al sistema).

Organo meccanico che cede lavoro e permette il movimento di fluido.

∫₁² V_j dp = R₁₂ in un sistema chiuso.

La prevalenza della pompa serve a bilanciare le perdite di carico concentrate e distribuite.

Sono esclusivamente in funzione della geometria del circuito e del diametro delle tubazioni.

(Là quote non destano vuoti)

Sollevamento acqua

Sollevamento acqua. Sistema aperto (non è un ciclo chiuso).

Poichè per le variabili sono identiche k + R₁₂ + ∫₁² v dp + g(ž₂ - ž₁) + (c'è solo di quote)

R₁₂ + g(ž₂ - ž₁) = ∫₁² V dp

La pompa deve vincere sia le perdite di carico che la differenza di quota.

Ciclo di Rankine

Ciclo di Rankine sul piano di Clapeyron: acqua, compressione, riscaldamento, espansione adiabatica, calore ceduto, saturazione.

Sul piano entropico questo triangolo mistilineo è la diff tra ciclo Carnot e Rankine ideale.

Ciclo di Rankine - Hirton con 1 surriscaldamento

Ciclo di Rankine - Hirton con 1 surriscaldamento. Isotito 10.

In tre fasi vapore e poco liquido, sol sotto 0.9 (90.. 10000).

Tutto "Riscaldamento". T cost perché c'è comb di stato.

La diff. sta in (E) non si ferma a D come Rankine base ma continua e riscalda ed arriva a F + delta (per evitare condensazioni nocive).

Piano di Clapeyron. Adiabatica fa isobara.

Questo ciclo ha aumentato il carico! Rendimento maggiore. Rankine base si fermava a D.

Ciclo di Rankine con surriscaldamento

Ciclo di Rankine con surriscaldamento sempre contro le condensazioni mosse.

[2-3] Attimo tra rendimento e costi (potrebbe essere ∞).

Non è un'espansione TOT si blocca poi per RI-riscaldare fino al E come ilum GHI 2ª espansione totale.

Il v ed è pressivamente molto più grande => rendimento elevato.

Schema a blocchi, turbina di alta pressione, turbina di bassa pressione, molto più complesso più pezzi.

Rigenerazione del calore negli impianti a vapore

1. Rigenerazione del calore negli impianti a vapore.

Sviluppo del Rankine base. Espansione frammentate (molbase ovvero esp. Diretta).

CDMN (acc.) condensazione riduce l’area, quindi il rendimento.

No un risparmio energetico (il minore calore ridotto).

Uso il vapore per riscaldare (mezzo ciclo).

Schema a blocchi e quello dei 2 surplus + A.

3° condensato: che da V, vanno -rigenerazioni preriscaldare il fluido.

Ultimo amplificatore.

Macchina a 2 fluidi

Macchina a 2 fluidi, acqua e mercurio.

1 calore → calda per risc. Acqua.

Area molto grande (solo 2 cicli).

(Alti costi, monopulimento, inquinam.)

Ciclo di Brayton

Ciclo di Brayton (Base), turbina a gas, piano di Clapeyron, fluido e aria.

AB compressione isopica e adiabatica. BC isobara. scambio di Q. CD adiatica. espansione (radice lata). DA isobara adotto Q.

Piano entropico: AB CD isotermiche adiabatiche. BC DA isobare.

Scheda a blocchi. Scambiatore di calore. I_1 compressione. I_3 fase idibile espen veloc. motore generatore.

Rendimento in base k (rapporto delle pressioni). Asse k=1, amaxmin, rapporto di espansione.

Schema a blocchi con recupero del calore. Vapore. HAB. Condensatore. RGQC.

Schema a blocchi di turbina a gas ciclo aperto. FWCCHAG. Camera di combustione. Combustibile.

Ciclo Otto

Ciclo Otto, motori a benzina (a combustione interna), è aperto (scarico in atm) ho sempre bisogno di nuovo fluido.

AB compressione adiabatica. BC compressione a V cost e innesco scintilla. CD espansione adiabatica (produco lavoro). DA raffreddamento e V cost espello gas di scarico.

Rapporto compressione Vmax / Vmin, à bassi regimi.

• Aspirazione
• Compressione e combustione
• Espansione
• Scarico

A tempo 4 separato fasi. 2 tempi fasi a coppie.

Questo è il ciclo detto composto tra gli stessi.

Non è il max cy perché non ho 2 v_MAX e v_min, tra cui lavoro me è tra v_max e v_min.

Rapporto di compressione e rapporto di espansione.

Non diesel posso adottarmi anche e perciò perché posso variare il rapporto di espansione.

Evoluzione del ciclo Otto: fluido sia aria sia ex combustione, scarico in atmosfera, compressione adiabatico, combustione a P così, espansione adiabatica, raffreddamento con scarico in atmosfera.

p _e ^-1

p _e ^-5

Isoterme (poiché adiabatiche), isobara, isocora.

Macchine frigorifere

Macchine frigorifere MFC e compressione di vapore effettivo in meccanica. VFA ad assorbimento effettivo in termico.

Unica macchina termica con ciclo antiorario.

W₁ Q₁

MFC

Q₂

Esegue.

Piano di Clapeyron

Piano di Clapeyron. AB raffreddamento (scambio di calore nel luogo da raffr) Il fluido si riscalda -> evaporazione. BC compressione adiabatica. CE desurriscaldamento "surrisc". EA valvola di espansione (adiabatica) per tornare a pressione iniziale.

Si nota quando e sotto T_c (tal fluido surriscaldato).

Schema a blocchi

Schema a blocchi: 2 scambiatori, 1 compressore, 1 valvola di espansione.

(es) nel frigorifero: evaporatore dentro (compressore indif.), condensatore fuori (valvola indif.).

T_F = 4-5 °C

T_A ≃ 20-25 °C

Il fluido nell'evaporatore deve arrivare a T = T_A per scambio termico.

(es) climatizzatore (condizionatore), unità esterna per scambiare e scambio termico, unità interna, fan coil, unico fluido refrigerante (poi scambio con aria) ciclo ad espansione diretta (come ambiente ha scambio).

Macchina frigorifera inversa

Macchina frigorifera inversa e fluidi, frigorifero, ciclo per impianti condizionamento caldo-freddo, unico condensatore ed evaporatore.

Acon, condensatore, compressore, evaporatore, evaporatore.

[NB] con acqua fredda no radiatore (idroponica no) dev’essere fan coil –› 2 terminali ≠ estate e inverno.

COP – effetto utile refrigerante (coeff. di prestazione).

ξ = Q₂ / Lv

(dal) > 1 (legge 3;4)

Sostituisce il rendimento termodinamico.

Macchine frigorifere ad assorbimento

Macchine frigorifere ad assorbimento.

Fornite da: caldaie, pannelli solari, scambi di calore (macchine), energia termica come ausilio del ciclo.

Principio di funzionamento

Principio di funzionamento.

PB = X_H2O · P_H2O + X_Brl · P_Brl

Concentrazioni pressioni.

Principio: passaggio di calore tra 2 ambienti.

Non è ancora un ciclo, perciò ha un tempo finito (fino a quando tutto l'acqua sarà evaporata).

2 recipienti separati da tubicino. 2^a pressione.

Riscaldo recipiente A. L'acqua evapora e va in B. In B avrò fluido diluito. Cedo Q₂ e torno al liquido in B.

Schema a blocchi ad assorbimento

Schema a blocchi: ciclo chiuso a sorbitori.

Generatore B'. Assorbitore B. q₁. Valvola di ritorno ce' la soluzione.

Condesatore A. q₂. Evaporatore A. Q_e in contatto con tamb di refrigerazione.

Solo H₂O: fluido rfrigerante (puro).

In B aumenta e diminuisce H₂O oh cambia concentrazione.

Con una pompa la porto nel generatore dove acquista calore da sorg ext (supporto enegretico) H₂O evapora superstite soluzione.