Appunti delle lezioni di Fisica tecnica

PROGRAMMA

1: CONDUZIONE

• FLUSSO
• POSTULATO DI FOURIER
• AUMENTO DELLA TEMPERATURA

2: CONVENZIONE

• NATURALE E FORZATA
• TEOREMA DI BUCKINGHAM
• COEFFICIENTI

3: IRRAGGIAMENTO

• EMISSIONE
• PRINCIPIO DI KIRCHOFF
• CORPO NERO

4: SCAMBIO DI CALORE COMPLESSO

• TRASMITTANZA DI UNA PARETE

5: CERTIFICAZIONE ENERGETICA

• INDICI DI RISCALDAMENTO

6: TERMODINAMICA

• DEFLUSSO
• EQUAZIONE CONSERVAZIONE DI ENERGIA
• EQUAZIONE DI BERNOULLI
• PRINCIPI DELLA T-D
• CICLO DI CARNOT, DI RANKINE, DI HIRN, DI OTTO
• MACCHINA FRIGORIFERA

7: Benessere Termoigrometrico

• Grandezze psicrometriche
• Diagramma di Mollier
• Impianto di riscaldamento

8: Illuminotecnica

• Grandezze fotometriche
• Classificazione delle sorgenti luminose
• Progetto illuminotecnico

dV = dx dy dz

BILANCIO ENERGETICO dQ_dy = dQ_x - dQ_x+dx

Consideriamo un parallelepipedo in cui calore si propaga lungo le 3 direzioni (x, y, z)

L'apporto di calore acquisita dall'elemento dV per trasmissione del calore e'

dQ_xyz = (dQ_x - dQ_x+dx) + (dQ_y - dQ_y+dy) + (dQ_z - dQ_z+dz)

Sviluppiamo il calore q per l'incremento dx lungo X, applicando il postulato di Fourier

dQ_x = -λ ^∂T⁄_∂x dy dz dt ∂²⁄∂x²

dQ_x+dx = -λ dy dz dt ( ^{∂2⁄∂x2T + ∂2⁄∂y2T + ∂2⁄∂z2T ) dx}

Il (-) che si trova davanti e' giustificato dal fatto che il flusso e' USCENTE dalla superficie

Le stesse considerazioni valgono per dQ_y e dQ_z

Definiamo calore dQ_xyz con il formula di sopra:

dQ_xyz = λ dy dz dt dx ( ∂²T⁄∂x² + ∂²T⁄∂y² + ∂²T⁄∂z² )

= λ dV dt ( ∂²T⁄∂x^{2 + ∂2T⁄∂y2 + ∂2T⁄∂z2 )}

dQ_m = ∫ ρ dV ^∂T⁄_∂t ΔT

λ ^∂T⁄∂x dx ( ^∂₂⁄∂x² + ∂²⁄∂y² + ∂²⁄∂z² ) = ρ ^∂T⁄_∂t dV

La nostra relazione ora è

Se il solido e l’aria sono rappresentati da 2 parti

Vogliamo trovare il flusso q

Dobbiamo usare l’approccio numerico tramite le grandezze adimensionali

Il numero di NUSSELT è

Il numero di REYNOLDS è

Il numero di PRANDTL è

Il numero di GRASHOF è

STRATEGIA NELLO STUDIO DELLA CONVEZIONE:

1. Calcolare Reynolds per capire se è naturale o forzata
2. Se naturale studiamo Grashof
3. Approdiamo a Nusselt (sempre)

FATTORE DI VISTA

si usa nelle teorie con la come 2 corpi si guardano(rientra nella costante hr)

per conduzione e cambio di calore è dato da

q_con = λ ⋅ S (T₁ - T₂)

per convezione

q_conv = hc ⋅ S (1/T₁ - 1/T₂)

per irraggiamento

q_irr = hr ⋅ ε ⋅ S ⋅ (T₁⁴ - T₂⁴)

conduzione tra veter esame delle pareti

aria

scambio di combinato

Dobbiamo capire come mettere insieme il fenomeno della convezione e dell'irraggiamento quando avvengono contemporaneamente.

È possibile scampare il te solo se riusciamo ad arrivare a una formula per l'irraggiamento di tipo lineare e non alla ^potenza.

scambio di calore per irraggiamento

Preso 2 temp A e B linearizzare l'irr significa vedere iltratto tra A e B come una retta e non come una parabola

T_A⁴ + T_B⁴ diventa T_A - T_B

l'errore che si viene a creare è dato dalla differenza di areo delle curveMaggiore è la ΔT, maggiore è l'errore.

Nel caso dell'ingegneria civile è possibilità linearizzare l'irraggiamentoperché le temperature avranno differenze minime.(es. 40°C - 30°C - > ARIA - > 32°C)

* LA CALDAIA È QUELL' OGGETTO CHE PORTA A O QUESTA EQUAZIONE

METTERE UN LIMITE ALLA TRASMITTANZA EQUIVALENTE E DIMINUIRE LE DISPERSIONI E DI CONSEGUENZA DIMINUIRE L'INDICE DI EPUSO DELLA CALDAIA = MINORE USO DI CO₂

ZONA TERMICA (ZT): zona in cui mantenere una temperatura uniforme grazie agli impianti usualmente efficienti

FABBISOGNO DI E. TERMICA: quantitá di calore che deve essere fornito o prelevato da un ambiente per mantenere la temperatura desiderata

PRESTAZIONE ENERGETICA DI UN EDIFICIO (Epgl): quanto annuo di energia consumata per la climatizzazione invernale/estiva, acqua calda sanitaria, ventilazione, illuminazione (no altri scopi secondari)

Per fare una certificazione globale occorre calcolare prima di tutto Epgl

Cioé:

Epgl = Epi + Ep_acs + Epe + Epi_ill [ kWh/m² anno]

• _{Indice di} Riscaldamento
• _{Riscaldamento acqua calda sanitaria}
• _Trasporti
• _{Illuminazione qualsiasi}

Una volta calcolato posso stabilire la classe energetica dell'edificio da A4 a G

Per confrontarlo con le normative dobbiamo ed il progetto un edificio al riferimento che debba avere valori di trasmittanza e valori limiti imposti dai decreti :

• se disposta tanto “tutto è voi va bene altrimenti si”

Nel caso di edifici residenziale:

Epge = Epi + Ep_acs

La certificazione va fatta in caso di compravendita in ATTERNAZIONI, donazioni ecc. ha una validitá di 10 anni

2^o PRINCIPIO DELLA T-D

Clausius: Il calore passa spontaneamente da corpi a temperatura maggiore a temp. minore

Carnot: In una macchina termica continua non è possibile la trasformazione completa di calore in lavoro.La macchina restituisce all'esterno una parte del calore ricevuto ed avviene ad una temp. inferiore rispetto alla temp. alla quale la macchina riceve il calore dall'esterno.

η = ^L⁄_Q1 = 1 - ^Q₂⁄_Q1

(calore in uscita) (calore in ingresso)

Tutte le macchine rappresentate sul piano εUterpico (X = S Y = T) seguono un senso orario. L'unico che ha senso orario è la macchina frigorifera.

Il ciclo di Carnot è il tipo di macchina che lavora tra due temperature estreme T₁ e T₂ e ha rendimento MASSIMO (non = 1, ma massimo rispetto a una macchina termica uguale)

AB = CD isotermeBC = DA adiabatiche

Q₁ = area BCEF = scambisto con l'esterno

Q₂ = area ADEFL = area ABCD

Ciclo Brayton Teorico Ad Aria

è una macchina termica a combustione

estensiva che ha rendimento massimo tra

tutte le macchine che lavorano tra quelle

2 pressioni.

• AB: compressione adiabatica
• BC: acquisizione calore (isobara)
• CD: espansione adiabatica (facoltule)
• DA: perdita di calore all'ambiente esterno (isobara)

P_B / P_A = ^psi rapporto di pressione

• AB: adiabatica
• BC: isobara
• CD: adiabatica
• DA: isobara