Appunti Termodinamica (modulo 1 Fisica tecnica)

Termodinamica

Energia: Capacità di fare cose. Interagendo il sistema con l'esterno, cambia anche il contenuto energetico del sistema.

Definizione di Sistema Termodinamico

Conservazione dell'energia: Lavoro + calore = variazione energia (ovvero non si distrugge, si trasforma).

In Transito

• Calore _sensibile ∆T
• Calore _latente ∆T=0, cambia fase

Energia Rinnovabile:

Energia Non Rinnovabile: è quello da ottenere non torna nelle condizioni iniziali.

Definizione di Calore e Lavoro

La Termodinamica studia l'interazione tra lavoro e calore.

Tipologie di Confini a Pareti

• Rigide: ∆V=0 e L=0
• Adiabatiche: non permeabili a q (isolante)

Grandezze Termodinamiche

• Intensive: non dipendono dalla quantità [T, P, V_spec=v/m]
• Estensive: sono proporzionali al numero di elementi [V, m]

Non sempre lo scambio di calore provoca una variazione di temperatura nel sistema.

Temperatura

T [K] = T [°C] + 273,15

T [°F] = (9/5)·T [°C] + 32

Interpolazione Lineare

Gas Perfetti

• Forze attrattive nulle
• Urti elastici
• Tempi di contatto trascurabili rispetto al libero cammino medio

P V = R__i T

volume molare 22,4        —> costante universale —> 8314

P v = R T

• massa molecolare
• costante caratteristica del gas

P V = m R T

equazione di stato dei gas perfetti

Aria secca: H₂ + O₂ + gas —> Miscela di gas perfetti

Legge di Dalton

P_tot = Σ n P_i

P_i: (parziale) —> pressione che il singolo gas eserciterebbe se da solo occupasse il volume V alla temperatura T

P_tot = P₁ + P₂

n_tot = n₁ + n₂ —> P_i = m_i R_i T

• frazione ponderale (<1)

Fattore di comprimibilità

Aria è una miscela

Z: = ^{P V}/_{n Rm T} —> 1 gas perfetti

P_ridotta = pressione

T_ridotta = temperatura

Z = 1        punto critico

T ₂ = m —> massa per punto critico

Questo grafico è unico per tutti i fluidi

Aria umida = Aria secca + vapore surriscaldato

N₂ + O₂ + H₂O

assottigenti + acqua 70 30

II Principio Termodinamica

Non posso convertire integralmente il calore in lavoro (l_i risc.necessario)

calore e lavoro dal punto di vista energetico

calante e lavoro per dissiometria operativa causata da:

il limite è la Tamb. Tda_h capacita' alla e riciveurà

Clausius

Se T₁ > T₂ calore va spontaneamente da T₁ a T₂ ma posso fare il contrario

se metto energia aumento la temperatura (lavora energia interna termodinamica)

Un corpo si raffredda spontaneamente

Kelvin

È impossibile costruire un sistema:

• chiuso - non cambia il masso
• ciclo - punto iniziale e punto finale
• motore - lo > l₂ > l₁ solo più lavoro di quello da entrata (directo)
• autonomamente - assemblar calore con una sola sorgente

Ma posso fare il contrario

Clausius = Kelvin

Ragiono per assurdo

1. T₁ > T₂ ottengo di macchina e transforma q₁ in l
2. Macch: ma prende q₂ da T₂ e L da a T₁ ed esse anche L

Violato Clausius

Violato Kelvin

Violato Gattamomi

Traccia Termodinamica

grad di irreversibilità

grad di reversibilità

• Da dè augmentiamo a augmentiamo q_es = φ dß dT
• q_ES = 0 → sempre ⇒ reversibile
• q_E < 0 mai
• dß > 0 sempre ⇒ irreversibile
• dß = 0 ⇒ reversibile
• dß < 0 mai

Processi di Conversione Energetica

Non è possibile produrre lavoro scambiando calore con una sola sorgente (da enunciato di Kelvin)

q₂ = q₁ + q₂

q₂ - q₁ = 0

q₂/T₂ - q₂/T₁ = 0

q₂ = q₁(1 - T₂/T₁)

γ = 1 - T₂/T₁ (Effetto Carnot)

γ = 1 - q₂/q₁ (Effetto Clausius)

Effetto di Carnot

È un ciclo ideale

P₁

P₂

P₃

P₄

L: L_pompa - L_comp; L₂ -> Motore; L₂ < 0 inverso

γ = 1 - T_ad/T_oc/T_oc : dL₂

P₃

P₄

λ_m/λ > 1

γ = 1 - T_min/T_max

Molteplicità delle sorgenti

Dividi in aree

Cicli Reali

Con molteplicità delle sorgenti

Scambio calore a T variabile

γ = 1 - q_E q₄/q₁ q₃/q₂ q₄/q₂/q₁

Ciclo a gas Brayton-Joule

Non c'è passaggio di fase

1-2) _p3/_p2 = 9₃/₉₁ = (p₂/p₁)^(k-1)/k

3-4) _p2 = ₉₄

p₁ = p₄ p₂ = β₃

η = 1 - ^T₁/_T2

1 - T₄/_T1 = _T3/_T2

γ = 1 - 1/_ηp

γ = 1 - 1/_ηp)^(k-1)/k

z_p = _p3/_p2

Rapporto di compressione

z_p = _T2/_T1 = _T3/_T4

Aumentare il rapporto di compressione significa aumentare la temperatura

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Riuscire ad avere T₁ costante, ma p_e T_e costante

Per ridurre il lavoro di compressione, vapore del fluido deve essere piccolo.

Ma se la parte di espansione vapore di vapore risulterà maggiore, produrrà più lavoro di espansione, però si è cond. Modifico l'impianto.

Meglio valvola di Joule Thomson, è un organo statico e prende un piccolo quantità di lavore e guarnisce il salto di pressione (3-4) e è un isentalpico.

T_cond > T_amb > T_alla > T_erg

• Pressure < T_min Vel
• P_ist cond non potrebbe elevata
• P_err Area x P_atm, se poca e perd è circolio che entri anora, è incommodabile determinandosi
• Perra: m_iv (h_v - h_e) in realtà sarella (h₁ - h_i) che è 80% x

A parità di potenza posso ridurre la portata di fluido refrigerante

₁/₂ = h₁ - h₄

Ho massimo q₂ nel punto 4, avvicinarsi al punto di equivd saturico (vapore nero rimisto), ma non posso galleria, posso spostare il punto 3 fino alla T_amb.