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Appunti di Fisica Tecnica

Università di Pisa Ingegneria Edile-Architettura

Principio Termodinamica

Principio di conservazione: niente in reazione, calore, lavoro ed energia

ΔE = ΔU + ΔEc + ΔEp = Qentr. - Quscente

  • Interna
  • Potenziale
  • Cinetica

Considerate nulle:

⇒ ΔE ≅ ΔU

Energia si può trasferire in 3 forme:

  • Calore
  • Lavoro
  • Flusso di massa

Sistema chiuso ⇒ flusso di massa = 0

Q = Q̇/η Δt

L = L̇/η Δt

ΔE = dt/dt(e2 - e1)

q̇ = q̇/m [KJ/kg]

Volume di Controllo

  • Sist. Chiuso: No scambio di massa con esterno
  • Sist. Aperto: Scambio di massa

1° Prin.

(In generale) Forma intensiva

du = dq - dw

Variaz infinitesima di e interna

Quantità Calore Immod. o Sottot.

Quantità Lavoro scambiato

Non dipendono da percorso:

  • Grandezze di stato:
  • Entalpia, M e E int. energia

Dipendono dal percorso non dallo stato

  • Grandezze di scambio (volume):
  • Calore, Lavoro

Calore Latente

Calore assorbito della sostanza durante cambiamento di fase

Calore Specifico: Q = m c ΔT → Generale

Q = m L (T) → Durante passaggio di stato

Calore → Massa → Calore Latente

Diagramma P-T

  • Punto Triplo
  • Punto Critico

Sostanze che solidificano diminuiscono in volume

Iniziano a solidificare dall'interno (pressione con base)

Diagramma P-T Acqua

Solidificando aumenta il volume

Solidificano a partire dalla superficie

γ = 0 Curva limite inferiore

Curva limite superiore

Isoterma

  • Isoterma Critico
  • vsat seco

Titolo x = mv / mv + ml

MACCHINA TERMICA

HA LO SCOPO DI CONVERTIRE LAVORO IN CALORE

  • 1) RILENE CALORE DALLA SORGENTE CALDA
  • 2) CONVERTE PARTE DI QUESTO CALORE IN LAVORO
  • 3) CEDE PARTE RIMANENTE DEL CALORE A SORGENTE FREDDA
  • 4) FUNZIONA SECONDO CICLO

FLUIDO EVOLVENTE

AL QUALE SI TRASFERISCE CALORE, DAL QUALE SI TRATTEGGISCE CALORE PER IL COMPIMENTO DI UN CICLO TERMODINAMICO

CICLO A VAPORE

SORGENTE

QC > QF

COMBUSTIONE

POMPA (COMPRESSORE)

CONDENSATORE

VAPORE

VALVOLA DI LAMINAZIONE

QC + QF + lT + lP = 0

lM = lT + lP = QC + QF

LAVORO UTILE

LAVORO TURBINA

LAVORO POMPA

RCU = QC - QF

RENDIMENTO

ηc = LCU / QC = QC - |QF| / QC - 1 / QF

Entropia

Disuguaglianza di Clausius

∮ δQ/T ≤ 0

Vale per tutti i cicli, reversibili o irreversibili

Sorgente

dQS

TS

dQT

dSutile

dSsistema

Correlazione fra scambio termico e temperature assolute (Kelvin)

Dim. dimostrazione → uso 1° principio +

δq - dℓ = dℓE

dℓcombinato = dℓutile + dℓsistema = dℓns - dℓEcombinato

= TS δQ/T - dℓcombinato

dθs = TS δQ/T

⇒ δℓcombinato = TS∮ δQ/T

ℓcombinato < 0

⇒ ∮ δq/T ≤ 0

(Per 2° principio:

termotermodinamico amimago, calore da isolata sorgente

⇒ non posso ottenere lavoro utile)

Entropia

dS = dQ/T

Ciclo Bryton con rigenerazione

pu = p3 − 1/(εcp)

Rigenerazione

Aumento rendimento perché diminuisco la quantità di calore fornita al fluido per ottenere lo stesso lavoro.

Nel caso ideale (come nel grafico) T4 = T5, nella realtà T5 < T4

ηB = qu / qc = 1 - (T1/T3)βk-1/k

β = P2 / P1

Con rigenerazione

Il rendimento dipende dal rapporto manometrico P2 / P1 dalla costante e dal ciclo.

● Posso agire su T3 ma non su T1, perché T1 è la decisa che faccio entrare nel compressore.

Efficienza della rigenerazione ε

● Caso ideale = T4 = T5

● Caso reale = T4 = T5 < T5

→ Calore rigenerato essere uguale a quello isobara da T2 a T5

ε = (T5 - T2) / (5 - 2)

CICLO RANKINE CON RIGENERAZIONE

RIGENERAZIONE APERTA SPILLATURA DI VAPORE

MISCELATORE M GALOPPA

CONDESATORE

Nel miscelatore il vapore estratto (spillato) dalla turbina si miscela con l'acqua uscente dalla 1ª pompa per abbassare qe in ingresso in modo da aumentare rendimento

BILANCIO MISCELATORE

  • ∆i = q + qc
  • qc = -Vcalcd, P = cost. ⇒ qc = 0 ⇒ ∆i = q
  • No scambio tecnico ⇒ q4 = 0 ⇒ ∆i = 0 ⇒ q4 = 0
  • m1 q6 -(1-m) q2 = m q3 + (1-m) q1 q3 = q3
  • ENTALPIE le conosco grazie a grafici e tabelle ⇒ UNICA INCROGILITA m
  • m(q6-q2) = q3 - q2 ⇒ m = q3 - q2/q6 - q2
  • m è molto piccolo perché (q6 - q2) >> (q3 - q2)
  • m = qs + qq/qq

    • qs - qp

    (q5 - q6) + (1-m)(q6 - q4) + [(1-M)(q2 + q1) + (qq - q6)]

    Qc = CALDAIA

    Pc = RADIATORE

    hc (γm - γc) + hr (γr - γm) = Δptotale > 0

    (γr - γm)hr - hc = Δpperdite

    0 > 0

    0 > 0

    CALDAIA PIÙ BASSA DEL RADIATORE

    FLUIDO CIRCOLA NATURALMENTE

    Se ho hc > hr ovvero

    CALDAIA PIÙ ALTA DEL RADIATORE → DEVO AGGIUNGERE POMPA

    CANNA FUMARIA ADIABATICA

    tf = (tAE - tF)⋅H > Δpperdite

    • Se fuori fa freddo → ΔtAE alta
    • Canna fumaria funziona bene
    • Se la canna fumaria è alta ho un buon tiraggio
    • Se ho caldaia a condensazione (quindi raffreddo i fumi) alzo la densità dei fumi → Mi serve tiraggio forzato

    CONDUZIONE TERMICA STAZIONARIA

    PARETI PIANE

    T1 -> TEMP. SUR. INTERNA -> 20°C

    T2 -> TEMP. SUR. ESTERNA -> 0°C

    dE/dt = Q̇e + Q̇v

    NO GENERAZIONE CALORE INTERNO -> Q̇v = 0

    NO VARIAZIONE ENERGIA -> dE/dt = 0

    (Q̇ = Q̇e - qu)

    FLUSSO TERMICO COSTANTE

    Q̇ = 0 -> Q̇e = qu

    qx = -λ dT/dx = cost. -> dT/dx = cost. = c1

    dT/dx = cost. = c1

    dT = c1 dx

    T(x) = c1 x + c2

    T(x) - T1 = (T2 - T1) / s x

    q̇ = λ/s ΔT = λ/s (T1 - T2)

Dettagli
Publisher
tetris_
A.A. 2018-2019
91 pagine
SSD Ingegneria industriale e dell'informazione ING-IND/11 Fisica tecnica ambientale
I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher tetris_ di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisica tecnica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Università degli Studi di Pisa o del prof Fantozzi Fabio.