Appunti Fisica tecnica (prof. Vallati)

UTILE ASSORBITA PERSA

U = coefficiente di trasmissione termica

A = area della superficie

P = potenza

C = calore specifico

R = resistenza termica

K = conducibilità termica

convezione, W = potenza dovuta all'irraggiamento

RWA = resistenza termica dell'aria

WC = resistenza termica del vetro

WR = resistenza termica del rivestimento

WK = resistenza termica del materiale di isolamento

η = rendimento

Wi = potenza trasmessa per irraggiamento

Ws = potenza trasmessa per convezione nel vetro

W = H (T - T_A)

APotenza trasmessa per conduzione nel vetro W = λ/S (T - T_A)

λ = conducibilità termica

S = superficie

T = temperatura

TA = temperatura ambiente

Quindi η = as ts - Wi

Più è basso il valore di W, meno energia solare sto captando, per aumentare η (rendimento) creo una superficie più ampia.

BILANCIO TERMICO DI UN EDIFICIO

Tra energie che entrano ed escono in un edificio Δq = 0, così che T dell'edificio è costante. Si assume che d'estate T = 25°C e d'inverno T = 20°C. Sappiamo che q = H S ΔT. In un ambiente ci sono molte componenti che generano calore (persone, elettrodomestici, lampade, ecc) sono tutte energie +, tutto ciò che disperde energia all'esterno è -. Nell'ottica di un regime

stazionario: Σqi + q + q + q + q = 0

PERSONE MACCHINE LAMPADE SOLE

Spesso si ottiene un valore negativo, cioè viene dispersa energia all’esterno, quindi è necessario inserire un impianto che renda verificata l’equazione: - Σqi + Σq + Q = 0 da qui ricavo la potenza

IMPIANTO

che deve avere l’impianto, che deve essere pari a W = J/s (energia/tempo)

TERMODINAMICA

La termodinamica è lo studio delle trasformazioni di calore in lavoro. I principi su cui si basa: 15• Principio zero (concetto di temperatura)• 1° principio (Mayer, Joule)• 2° principio (Carnot)

Gli strumenti per affrontare la termodinamica:• Spazio termodinamico (es. spazio di Clapeyron)• Equazioni di stato (NB: Equazione dei gas perfetti PV=nRT)• Equazioni delle trasformazioni (es. PV = cost)k

Sistema termodinamico: insieme di oggetti e sostanze racchiuse in uno spazio delimitato da una frontiera ideale. Tutto ciò che è

La macchina di Carnot. La figura sopra è relativa ad un gas perfetto, se si prende in considerazione un altro fluido la configurazione sarà diversa. È un ciclo termodinamico (punto iniziale coincide con punto finale): gli scambi termici sono in trasformazione reversibile, quindi non ho fenomeni di dissipazione di energia. Il sistema può percorrere a ritroso gli stessi stati di equilibrio Q=L allora ΔU=0, se la trasformazione fosse irreversibile ΔU= Q-L (energia interna diversa da 0). In un sistema chiuso l'energia totale del sistema coincide con l'energia interna, a differenza di un sistema aperto. In questo caso bisogna tener conto che l'elemento generico di fluido è dotato di una massa Δm e velocità V, quindi avrà un'energia cinetica ed essendo nel campo di gravità avrà anche un'energia potenziale. Molto spesso capita di considerare sistemi aperti consistenti in un tratto di

condotto all'interno del quale scorre un fluido.

SISTEMI TERMODINAMICI APERTI

Deflusso unidimensionale o monodimensionale (massa di fluido che va da 1 a 2)

La superficie limite del sistema è costituita dalla superficie laterale del condotto, impermeabile alla materia, e della sezione 1 e 2, permeabili alla materia (comunicano con l'ambiente esterno), perciò il sistema è aperto. Nel tratto compreso fra le sezioni 1 e 2 viene scambiato con l'esterno, durante l'intervallo Δt, il calore ΔQ e il lavoro ΔL; se si ipotizza che tutte le grandezze che caratterizzano il deflusso siano funzioni di una sola coordinata, che si può assumere parallela all'asse del tubo, il deflusso si dice unidimensionale.

S = superficie limite

dm = elemento di massa

01 = sezione di ingresso

2 = sezione di uscita

DQ = calore ricevuto dall'esterno

DL = lavoro ricevuto dall'esterno

V1, V2 = velocità sulle sezioni 1 e 2

h1, h2 = entalpia

specifica sulle sezioni 1 e 2

z = quote del baricentro sulle sezioni 1 e 2

2(entalpia) h= U (energia potenziale) + pV (energia di pressione)(energia di sezione 2)

E = E + E2

1 1,2E = ½ V (energia cinetica) + gz (energia potenziale) + p V + U (entalpia)121

1 1 1E = ½ V (energia cinetica) + gz (energia potenziale) + p V + U (entalpia)222

2 2 2l’Equazione di Conservazione dell’EnergiaE = Q-L, sapendo che E = E + E ricavo in condizioni di1,2 2 1 1,2,stazionarietà e deflusso unidimensionale sulla superficie limite:Q - L + (½ V + gz + h ) – (½ V + gz + h ) = 012 221 1 2 2

Non è stata fatta nessuna considerazione sulla natura dei processi che si svolgono all’interno, i qualipossono essere sia reversibili che irreversibili.

Equazione di continuità

Si consideri un fluido in moto unidimensionale all’interno di uncondotto ed una sezione S ortogonale all’asse del moto. Fissato unintervallo di tempo

costante L = p dV
inoltre dQ – dL = dU (1° principio),
quindi dh = dQ – dL + pdV + Vdp,
- dL + pdV = 0, allora dh = dQ + Vdp
dQ (calore reversibile di uscita) – dL – dQ (calore di trasformazione da 1 a 2) - Vdp – ½ V – gdz = 0
2Tds – dL - Tds + Tds - Vdp – ½ V – gdz = 0
2
rev rev irrev+ dL+ Tds + Vdp+ ½ V + gdz = 0
2
Integro L + ½ + = 0,
Vdp dV2 gdz
∫ ∫ ∫
1 1 12
L + R + + g (z – z ) + ½ (V - V ) = 0
2 2 11
ottengo l’equazione di Bernoulli generalizzata alla
22 12
situazione di fluido comprimibile, deflusso irreversibile e presenza di una macchina fra le sezioni 1 e 2
perdita di carico
in grado di scambiare il lavoro L. Il termine R prende il nome di fra le sezioni 1 e 2,
12
relativo alle perdite di carico concentrate e distribuite tra la sezione 1 e 2. Quindi il fluido viene
rallentato dall’attrito delle pareti laterali.
Circuito aperto (serbatoio + pompa)
L = 0 (non

esiste un componente che produce lavoro)R = R + R12 12' 2''2Vdp è incognita ed è l'energia di pressione che la pompa deve fornire al sistema per far passare l'acqua da 1 a 2g (z - z) vuol dire che avrò una differenza di quota2 1/2 (V - V) = 0 vuol dire che non c'è variazione di velocità22 122 chiusoR = l'energia di pressione in un circuito deve superare solo le perdite di caricoVdp∫12 1 2 apertoR + g (z - z) = in un circuito deve superare perdite di carico e differenza di quotaVdp∫12 2 1 118