Appunti di Macchine e Sistemi Energetici - Lezione

MACCHINE E SISTEMI ENERGETICI

Macchine a fluido e sistemi energetici (Impianti nei quali sono inserite le macchine)

SISTEMA TERMODINAMICO

AMBENTESISTEMA

CONFINE DEL SISTEMA ↓ ─ DETERMINA LE CARATTERISTICHE DEL SISTEMA

Sistema e ambiente possono interagire in modi diversi:

• SCAMBIO DI MASSA. Il sistema si dice chiuso se il confine è impermeabile alla stessa; altrimenti, si dice aperto.
• SCAMBIO DI CALORE. Se il confine del sistema non permette scambi di calore, il sistema si dice adiabatico; altrimenti, si dice diatermico.
• SCAMBIO DI LAVORO.

Un sistema che non scambia né calore, né massa, né lavoro si dice isolato.

Un sistema si può descrivere come omogeneo se le proprietà che lo descrivono godono di continuità (matematica e fisica); in caso contrario si dice eterogeneo. Dal punto di vista fisico un sistema eterogeneo è visto come un insieme di sistema omogenei.

Un sistema si dice monocomponente se è costituito da una sola specie chimica; altrimenti si dice multicomponente.

Un sistema si dice reattivo se le componenti del sistema possono reagire tra loro; altrimenti si dice non reagente. Ovviamente un sistema reattivo dev'essere multicomponente.

Stato del sistema

Viene definito secondo un certo set di variabili, dette variabili di stato; definisce la condizione del sistema in un determinato istante di tempo.

Le variabili di stato possono essere scalari (pressione, volume, temperatura) vettoriali o tensoriali.

Il passaggio tra due stati differenti si dice trasformazione. Una trasformazione può essere definita secondo stati intermedi, oppure il sistema può passare dallo stato iniziale a quello finale senza che sia possibile definire stati intermedi.

Esperienza di Joule

mg Δz = L = Q

L----- = 4186 JQ

Supponiamo che lo stato del sistema possa essere descritto con due variabili di stato x₁ e x₂.

Il sistema ha subito una trasformazione ciclica Servirà questo convenzione:

Q + L = 0

Q_A-B o Q_A-C + Q_B-A

L_A-A = L_A-B + L_B-A

L_A-C + L_B-A - (Q_A-B + Q_B-A - 1)

Si conserva anche l'energia

E₁ + L_T + Q + L_P = E₂ (dE₁ + SL_T + SQ + SL_P = dE₁)

perché considero un tempo infinitesimo

dove L_T : lavoro tecnico, lavoro fornito volontariamente dal mulinello

L_P = lavoro di pulsione = p_AV₁Δt - p_AA₂V₂Δt =

L = L_T + L_P

dE₁ = du₁ + 1/2 d(u₁V²₁) + g d(u₁z₁) = du₁ + (u₁ + 1/2 V²₁ + gz₁)

(u₂ + 1/2 V²₂ + gz₂ - (u₁ + 1/2 V²₁ + gz₁)) + q

L_P =

e₁dU = U₀

m ₂

q = SLQ

dim=

(u₂+ 1/2 V²₂ + gz₂ + p₂/e₂ ) - (u₁ + 1/2 V²₁ + gz₁ + p₁/e₁) = l_t + q

Bilancio di energia per un sistema fluente

h = u + p / e = Entalpia V = V_M H = U + pV

L'entalpia è una variabile di stato che nei sistemi fluenti permette di mascherare il contributo del lavoro di pulsione perché è compreso nell'entalpia stessa:

(h₂ + 1/2 V²₂ + gz₂) - (h₁ + 1/2 V²₁ + gz₁) = l_t + q

dh = d(u + pv) = du + pdv + vdp = pdv + Tds + pdv + vdp = Tds + vdp

dim = dū + pdv + vdp = pdv + SLv + dq + pdv = vdp + SLv + dq

Macchine a Fluido

Scambiano lavoro con un fluido. Si distinguono in motrici o operatrici, le prime ricevono lavoro dal fluido [< L 0 ➡️⬅️ Q] mentre le seconde cedono lavoro al fluido [