Appunti completi del corso "Fisica Tecnica"

Diagramma di Mollier

Pestendendo il grafico, si introduce il dominio di esistenza della fase solida. Riprendiamo l'isoterma di prima: Aumentando la pressione, prima o poi la sostanza diventa solida. Esiste una pressione al di sotto della quale non esiste più liquido, cioè si passa direttamente dal solido al vapore. A pari temperatura e pressione si hanno tutte e tre le fasi contemporaneamente: solido, liquido e vapore. Questa zona è come se fosse un'altra campana. Questa diagramma può essere rappresentato anche in 3 dimensioni, in modo da evidenziare anche la temperatura sul terzo asse: In genere in una sostanza qualsiasi il volume allo stato solido è minore del volume allo stato liquido. A questa situazione fanno eccezione alcune sostanze, come l'acqua. Questo perché il ghiaccio galleggia sull'acqua. Quindi ha un volume specifico maggiore. Il grafico della solidificazione dell'acqua infatti presenta una discontinuità:

Diagramma di Mollier

isobara è un diagramma entalpia-entropia

isoterma = isoentalpica

In questa zona no però

Quindi riesco a individuare una isoterma zona dei gas ideali

Gas ideale: campana

Il vapore acqueo di base non è un gas ideale

Regola delle fasi di Gibbs

Le variabili intensive indipendenti (VI) = numero di componenti + 2 - numero di fasi

Le variabili estensive indipendenti (VE) = numero di fasi

Fase: porzione di materia macroscopicamente distinguibile dalle circostanti

Esempi di alcune sostanze: c'è solo un punto: il punto triplo

Regola della leva

Si usa per calcolare u, h, s e v all'interno della campana

Titolo di vapore: è la percentuale di vapore energia specifica media, è una media pesata

Quindi se si conoscono ul e uv, cioè le energie agli estremi, si può conoscere il valore in ogni punto dentro la campana.

Questo discorso si può applicare anche a s, h e v:

Esempio: Il sistema è in equilibrio, quindi T e P sono definite.

Un calore

entrante comporta un aumento di vapore,e quindi un aumento di volume,e quindi un lavoro uscente.Consideriamo la trasformazione come TIR.Ma l'energia totale è l'insieme dell'energia del vapore e del liquido: Quello che sta cambiando è la massa,ma u, s e v sono costanti.Non cambia il contenuto energetico specifico, o il contenuto entropico specifico o il volume specifico.costanti Gibbs per grandezze specificheC'è equilibrio chimico tra le due fasiQ potrebbe coincidere con L, non stiamo violando il secondo principio, perché cambia lo stato del sistema.Turbina È stata creata con lo scopo di avere una potenza meccanica uscente.È un sistema aperto, un gas entra in condizioni 1 ed esce in condizioni 2.Consideriamo una trasformazione:- TIR, quindi non abbiamo irreversibilità- adiabaticaQueste due condizioni ci dicono che la trasformazione è isoentropica.Se possiamo usare l'ipotesi di gas ideale:Se invece non siamo

trattazione politropica.

trasformazione.La compressione infatti fa aumentare aumentare la T,ma la dispersione termica la fa diminuire un po'.Bilancio Entropico:Turbina RealeCi sono delle irreversibilità interne, nella realtà infatti ci sono degli attriti.La trasformazione quindi è NON TIR.Però possiamo dire che è adiabatica, perché se si isola bene si puòriuscire ad avere una condizione abbastanza vicina all'adiabaticità.Consideriamo un gas ideale.Ancora se conosciamo la T2 che facciamo?Studiamo prima il caso in cui sia isoentropica, cioè TIR, ovvero studiamo la turbina ideale.In questo modo possiamo utilizzare le condizioni della politropica:Bilancio Entropico:Se l'irreversibilità viene fornita, siamo in grado di trovare T2.Se invece viene fornito il rendimento isoentropico(è il rendimento rispetto all'isoentropica)siamo in grado di trovare T2, perché tutti gli altri termini sono noti.rapporto tra la

potenza nel caso reale, A seconda se prevale Sirr o SQout l'inclinazione dellae la potenza nel caso isoentropico trasformazione può essere a destra o a sinistra.Se aggiungiamo una dispersione di calore: non TIRTIR + QoutVediamola adesso come una successione di trasformazioni:una isoentropica + una isobara perché il Cx tiene conto di tutta la trasformazione,da 1-2, mentre il Cp vale solo per l'isobara.Tutto il calore che tra 2is-2 è lo stesso tra 1-2. lavoro idealeBilancio Entropico:Compressore Reale- Non TIR- Adiabatica- Gas idealeConsideriamo sempre la trasformazione come somma di due trasformazioni:Rendimento: lavoro ideale, fratto lavoro realeCome prima per trovare T2is usiamo la politropica:In questo modo T2 rimane l'unica incognita e possiamo calcolarla.Bilancio Entropico: Posso semplificare i calcoli per la variazione di entropia,perché tanto l'entropia in 1 è uguale all'entropia in 2is.Valvola di LaminazioneServe per

diminuire la pressione di un fluido. (Lo stesso si può fare anche con le turbine, e con esse si riesce anche ad ottenere lavoro, ma in alcuni caso non si possono usare) Una valvola è un sistema aperto, adiabatico, e in cui non avvengono nemmeno scambi di lavoro. Varia l'entropia, perché l'unico modo per ridurre la pressione senza lavoro, è introducendo un attrito, quindi introducendo una strozzatura. Ma questo attrito non si trasforma in calore uscente, ma in una variazione di entropia. Coefficiente di Joule-Thomson Permette di vedere se un gas si comporta in maniera ideale o in maniera reale. Si fa variare la pressione in una trasformazione isoentalpica e ci si chiede come varia la temperatura. Nel caso di un gas ideale, la temperatura è costante, perché per un gas ideale dh è solo in funzione della temperatura. Quindi il coefficiente di Joule-Thomson vale 0. comportamento reale caso ideale comportamento reale Con un'espansione, il gasdiminuisce la sua temperatura. Quindi in alcuni casi è comodo che i gas si comportano in modo non ideale. Per esempio qui riusciamo a raggiungere basse temperature senza lavoro. Con questa tecnica si raggiungono temperatura di pochi Kelvin con idrogeno liquido e azoto liquido. Il coefficiente di J-T deve essere positivo, perché sia il ΔT che il ΔP sono negativi.

raffreddamento riscaldamento

Ugelli e Diffusori

Ugello: serve per aumentare la velocità di una gas.

Diffusore: serve per diminuire la velocità di un gas.

Sono delle variazioni di sezione che non introducono attriti. Quindi possiamo approssimarli ad un sistema isoentropico.

Consideriamo un gas ideale. In questo caso però non è isoentalpica, perché varia l'energia cinetica del fluido.

velocità densità velocità del suono

Per accelerare il gas in uscita: l'ugello deve essere convergente. Quindi per aumentare la velocità, la sezione deve

diminuire.Per rallentare il gas in uscita: l'ugello deve essere divergente.Per diminuire la velocità, la sezione deve aumentare.Numero di Mach: In funzione del numero di Mach, si ha un comportamento diverso di ugelli e diffusori.Se si va a velocità superiori del suono, si invertono le cose.Se si vuole accelerare il gas, l'ugello deve essere divergente.Se si vuole rallentare il gas, l'ugello deve essere convergente.Scambiatore di caloreTrasferisce del calore da un fluido in moto, ad un altro fluido in moto.La trasformazione è isobara.Serbatoio FreddoSerbatoio CaldoCi sono delle irreversibilità esterne: L'entropia è maggiore di 0 perché siamo in un sistema isolato.In un sistema isolato la varaizione di entropia è sempre positiva.Se teniamo Q fisso: Quindi più alta è la T del fluido caldo, minore è il dsPompaTrasformazione TIR isoentropica per un liquido ideale.L'obiettivo è aumentare la

pressione. Dobbiamo introdurre della potenza meccanica. isoterma

Nella progettazione del riscaldamento e raffreddamento di un edificio bisogna considerare la presenza di acqua nell'aria.

Miscele di Gas Ideali

Il numero di moli totale è ben definito, è la somma delle moli dei costituenti.

Bisogna considerare anche il volume totale e la pressione totale.

Le miscele di gas ideali hanno un comportamento ideale, seguono anche loro la legge dei gas ideali.

Pressione parziale: è una parte della pressione totale associata a quel singolo gas. (È la pressione che quel gas avrebbe se fosse da solo nel recipiente)

Ora stiamo usando la costante UNIVERSALE, perché stiamo considerando le moli.

Se sommo tutte le espressioni delle pressioni parziali di ogni gas, ottengo:

Quindi la pressione totale è la somma delle pressioni parziali (legge di Dalton):

per calcolare la percentuale di un gas nella miscela,

Percentuale in moli di un gas: oltre al numero di moli, si

Il sistema quindi è descritto da due grandezze intensive e una estensiva:

Calori specifici:

Consideriamo H: Entalpia Totale: Entalpia Parziale: Dalla relazione di Meyer:

Cp molare

Si possono fare le stesse considerazioni per U: R massica

Ma come gestiamo l'entropia?

C'è una barriera interna che tiene i due gas separati.

I gas sono ideali, ma possiamo distinguere due sottosistemi:

Facciamo l'ipotesi che

Se rompiamo la barriera, il sistema evolve perché stiamo togliendo un vincolo interno.

Dopo un po' i gas diventano completamente miscelati, quindi raggiungono una nuova condizione di equilibrio.

Quindi P sarà uniforme, e T sarà uniforme.