Raccolta di domande svolte dell'esame di Fisica tecnica ambientale

Energia e Trasmissione del Calore

• Il flusso è l'energia in un intervallo di tempo:
  • Energia meccanica [ _J ]
  • Energia termica [ _kcal ] con 1 kcal = 4186 J
• Legge dell'equilibrio termico: ΔE _B in equilibrio con C (tutti in equilibrio)
• 1^a legge della termodinamica: ΔE = Q - L
  • Q_e se entrante
  • Q_u se uscente

Conduzione:

• Trasmissione in un corpo solido (tranne alcuni casi rari di aria ferma)

Fourier studiò il tubo di flusso e osservò che ΔQ_x = λ Δs Δε ΔT/Δn

Dimostrazione (Equazione di Fourier)

dQ_x = -λ d_y d_z d_τ dT/dx² dx

δQ_x = λ d_v d_z δτ / δε

dQ_xyz = λ d_n d_v [ δT/dx² + δT/dy² + δT/dz² ]

λ / δε [ δ²T/dx² + d²T/dy + d²T/dz ] = dT/dε

Equa.: Fourier

Regime stazionario ↔ 0

Regime variabile ↔ ε≠0

a) PARETE PIANA ILLUSTREATO IN REGIME STAZIONARIO;

variazione lineare flusso monodimensionale

T_x=0 => T_t = B_t, T₂ = T₂A_S + T₄

A = _{T2 - T4}/^S

T = (T₂ - T₄) / S x + T₄

dq = - λ dT ds, δT / δx

dQ / ds = λ / S (T₂ - T₄)

q = λ / S (T_t + T₂)

q = λ / l^s (T₄ - T₂)

b) PARETE PIANA ILLUSRTRATO IN REGIME VARIABILE

(muuro di Fourier)

Prendiamo un solido λ, e è una T(x, t)

Vapore medio di temperatura

δ² T / δx = T_m + θ

T = T_m + θ_o sin ω

Valore medio di temperatura

β x

β x è il ritardo di fase

θ_o e^-β x l'ampiezza decresce

T_n + β x

Ampiezza decresce esponenzialmente al'allumentare dell'x

(spessore riliete) smorzamento.

Andamento spaziale T_x

μ smorzamento

L_G x gli edifici usiamo lo stazionario (soprattutto in inverno)

T_ext < T_int

umidificazione

A livello civile prelevo una massa d'aria e la faccio passare in uno spezzone in modo che si arricchisca d'acqua.

• Hp : 20°C siamo al 50% di umidità relativa

Δq=0 ⇒ non ho scambi di calore, perciò ho entalpia costante. Sto su uno isentalpica.

• scopo di abbassare la temperatura e di aumentare i grammi di vapore nell'aria secca. (x deumidificazione uso processo di raffre. y raffredda anche xcio, la fitura d'ene).

condizioni invernali

• da normativas (uni 10339)
• A=ambiente interno ⇒ T=20±1°C ; UR=50±7%
• E= ambiente esterno ⇒ T=0±1°C ; UR=40±7%
• L prendo l'aria da E (punto esterno) e la tratto x far x in modo che arrivi in A.

Non posso andare direttamente da A ad E perché non esiste una macchinina in grado di farlo; conosco due macchine x

«riscaldamento, raffreddamento e umidificazione»

Come ci si arriva:

* Comincio sicuramente con un Riscaldamento (inverno) fino a che non arrivo ab ad unita ad I con una isentalpica (da HP I ho una umidificazione Adiabatica).

Perciò dopo aver raggiunto 50% UR vado a fare un post-riscaldamento -> IA x raggiungere la temperatura finale.

• EH = PRE-RISCALDAMENTO
• MI = umidificazione adiabatica
• IA = post-riscaldamento

Impianto corrispondente è l'UTA (unita' di trattamento dell'aria) che prende aria dall'ambiente esterno e U, immette trattata nell'ambiente, poi nuovamente espulsa.

* Iniziamo con ventilatore x passaggio aria

* Poi ho filtri di purificazione aria

* Passo poi in un: batteria calda, alimentata con riscaldabio (scaldato da acqua calda e inverna. H2o fredda)

* Ho dei spruzzatori collegati pure usata acqua da una pompa. e umidificazione adiab.

* Nuovo scambiatore d'acxxx x riscaldare x post Riscaldamento (per normale età)

* Ci serve:

• UTA
• caldaia/solare termico
• serbatoio di acqua x umidificazione

Irraggiamento

• Avviene tra corpi che emettono radiazioni tramite un fluido (aria).

Energia radiante è trasportata dalle onde elettromagnetiche.

• Qualunque corpo con T>0°K emette.
• I materiali e fondamentalmente surriscaldati con il suo strato superficiale.
• Tutti i corpi sono considerati come emettitori e ricevitori di energia elettromagnetica.

τ + ρ + ε = 1

• τ=1 per vetro
• τ=0 per opachi
• I materiali più comuni hanno una riflessione lambertiana, cioè diffusa (diffusiva). Possono essere anche speculari e retro-riflettenti (costosi).

Grandezze fondamentali: J = δw / δs = irradianza integrale = potenza radiante emessa x unità di superficie.

J_λ = ∫₀^∞ e_λ dλ → ε = emissione specifica (a qualunque lunghezza d’onda).

E = ε(λ,T) = natura del corpo.

Emessione specifica di un corpo che ha α=1 ci dà un corpo nero.

Parete con intercapedine:

Se l'intercapedine è ampia l'aria può muoversi e

→ ventilata perchè ho k2 e k3.

• T₄, T₂ = temperatura del fluido
• T', T'' = temperatura delle facciate esterne parete
• T'', T''' = temperatura faccia interne intercapedine.

Non c'è una regola per capire se l'aria si muove nell'intercapedine.

Se l'aria si muove, non funziona da isolante → uso parete ventilata

x raffrescante su ambienti.

Parete opaca sotto irraggiamento:

Nella parete c'è un ΔT - tra T_i e T' perchè ho irraggiamento

che aumenta la T parete,

Ho introdotto un ambiente fittizio che ha le stesse caratteristiche dell'ambiente reale con irraggiamento.

Da cui:T_δ = T_f + ^{q_s W_i}/_k1

È l'incremento di T_f per avere T_fittizio.

Calpana dei Vapori Saturi

Per valori di P e V più bassi, si definisce calpana dei vS, che divide zona solo gas, da zona gas+liquido e solo liquido.

• B = Punto Critico (gas instabile)
• A = Non c'è più gas (liquido)
• C = Compresenza fissa di due sostanze (liquido + gas)

→ Isoterme nere = isoterma e isobora

Ho scambi energetici a temperatura costante;

Diciamo che ha efficienza energetica ottimale,

Ecco perché tutte le macchine termichecercano di lavorare qui dentro.

Cicli

Un ciclo termodinamico: un ciclo in cui il punto finale e iniziale coincidono(chiusi) su orario P.V.

Macchina Termica

Un ciclo in cui il punto finale e l'iniziale coincidono.

• P: pressione
• Q: calore
• L: lavoro
• ΔU: variazione di energia interna

Macchina frigorifera è l'unica con ciclo in orario => ha lavoro negativo.L è il lavoro e va fornito.

Ciclo di Carnot

È un ciclo ideale in cui ho il massimo rendimento,è una macchina che lavora tra due temperature

• A_i = Compo. Isoterma
• B_i = Compo. Adiabatica
• A_AB = Espansione Isoterma
• B_C = Espansione Adiabatica

→ ΔU = 0

Piano Entropico:

• Q₁: CBFE => calore assorbito a T₁
• Q₂: AGFE => calore ceduto a T₂
• Q_tot: ABCD

Schema a Blocchi

OSS: Nei cicli termodinamici reversibili ΔQ = LPoi ΔU = 0

Per avere adietta adiabatic, nonabbiamo necessariamente un Ase ΔU non dipende come possiamo finire astato finale?