Domande e risposte esame Termotecnica

TERMOTECNICA

TERMODINAMICA

1. EQAUZIONE DI BILANCIO DELL'ENERGIA

L'energia è una proprietà di stato additiva ed estensiva e si misura in Joule [J].

L'energia totale posseduta da un sistema può essere vista come somma di energia esterna ed energia interna U dove per energia esterna si considerano l'energia cinetica e potenziale U + KE + PE.

Il contenuto energetico di un sistema può essere mutato solamente tramite 3 modalità:

• FLUSSO DI MASSA E_in - M_in E_out - M_out e_=J/Kg
• CALORE [J] Q Scambio di energia in presenza di un ∆T ∆T > 0 aumento del sistema Q > 0 ceduto dall'esterno
• LAVORO [J] W Scambio di energia in assenza di un ∆T W > 0 fatto dal sistema W < 0 fatto esternamente

Per come sono definiti, calore e lavoro sono due forme di energia e il quanto totale di energia offerto al sistema è una grandezza misurabile per cui non sono definiti in equilibrio ma lungo una trasformazione.

POSTULATO 1 L'energia è una grandezza conservativa che non si crea né si distrugge.

BILANCIO E_tot = [E_out + ∆E^- ]

SISTEMA CHIUSO

I modi per scambiare energia sono calore e lavoro.

• Σ |Q_in| + Σ |W_in| = Σ |Q_out| + Σ |W_out| + ∆E_CM
• Σ |Q_in| - Σ |Q_out| = Q
• Σ |W_out| - Σ |W_in| = W

Q - W = ∆E_CM ⇒ trasformando ⇒ Q - W = ∆U_CM

δq - δw = du

Sistema Aperto

• Il modo per scambiare energia non... (flusso del massa lavoro sui pistoni m. pes. V)

∑Q_in t + ∑W_int t + ∑m_in (e + pv)_in min Δθ = ∑Q_out t + ∑W_out t + ∑m_out (e + pv)_out + ΔE_cv

h_e = u + p v T = 5/k_g e + pv = h + ke + pe>

• ∑Q - W = ∑(h_e + ke + pe)_in min Δθ = ∑(h + ke + pe)_out mout Δθ + + ΔE_cv

In termini di potenza:

∑Q - W = ∑ (h_e + ke + fe)_in min = ∑(h + pe + ke)_out m_out + 2 E_cv Δθ

Ipotesi

• Regime Stazionario
• Flusso Monodimensionale
• Un solo ingresso e una sola uscita

∫Q - ∫W - dh_cv

Sistema Isolato

Sistema di uno che NON permette interazioni tra se stesso e l'ambiente né come Q né come W

• ΔE_st = 0

• Qual è la differenza tra le varie forme di energia?
• Qual è la direzione posteriore di una trasformazione?
• Qual è il punto di equilibrio di un processo ripetuto?
• Qual è il lavorio massimo ottenibile da una trasformazione?
• Se non riesco ad ottenere il valore massimo quale il motivo?

3) PROPRIETÀ DEL VAPORE SATURO

Il vapore saturo contiene la zona che si estende nelle tabelle con pressione nelle colonne, costante della pressione delle proprietà cardine tramite una curva PV (curve Clapeyron).La campana è delimitata inferiormente da un punto critico e in alto dal punto. La si sviluppa con la curva limite inferiore essendo i suoi punti compresi dal liquido saturo, al di fuori con lo sviluppo de la curva limite superiore indicano i punti di condensazione del vapore saturo secco.È condensa o non condensazion del suo successore e del suo tempo per tempo startico.Con le tabelle si calcolano le proprietà di liquido saturo e vapore saturo secco.All’interno della campana invece non ha la consistenza della campana per cui V=Vf - Vuss = mVf + mVf ; mVss Introducendo il titolo del vapore: x = mVss/mVss + (1-x) = (1-x)Vuss; m/m; m/m; m/m; m/m;Si ha Nel= V = Vf + x (Vuss – Vf )

Quest' espressione vale al interno della campana per tutte le consigliato uno titolo di proprio noto attraverso tabella, le proprietà sulla due curve si mette e il titolo del vapore:hl= hf+x (hvf- hl )u=uf+x (uvf- Uf )s=sf+x (svf- Sf )

4) PROPRIETÀ DEL LIQUIDO

Se prendere il caso di un compresso dall’pesa dei vapore, le proprietà volta un rapporto al variando della pressione non può esprimere espresso divestito come Nc costi.Inoltre, V=P(cT)C_V(t)=du/dtC_P(t)=dh/dtΔ=P cost.h(t,p)=u(t)+ p v => du/dt; du 1 (3/2) u 3 u /; C_p u (u_a cost); / (1) cost C_p C P=> dl P=> du 1.; X/ (1) cos; / (1) = a (du/dt)dl du/dt p dl/dt T cost;

9) EXERGIA ASSOCIATA AD UNA QUANTITA' DI CALORE

Il massimo lavoro teorico che può essere erogato da una certa quantità di calore Q è attraverso una macchina ciclica ad una temperatura T_e, è quello che si può ottenere con una macchina ideale di Carnot che opera tra le temperature T e la temperatura T_o dell'ambiente.

EX_Q = (1 - T_o/T) Q = tQ con t = (1 - T_o/T) = fattore di Carnot

Chiamiamo ANERGIA il complemento A_Q della exergia associata ad una certa quantità di calore.

A_Q = (T_o/T) Q = (1 - t) Q

CASO 1: T > T_o

t = (1 - T_o/T) > 0

Ex_Q ed exergia hanno intero segno

• Se fornisco calore al sistema EX_Q > 0
• Se il sistema cede calore EX_Q < 0

Per dare un'appropriate fisico al fattore di Carnot, si considera un SET alla temperatura T che fornisce calore ad una macchina di Carnot. Quando T aumenta, aumenta anche t e il valore dell'exergia diventa una quota di energia termica, ovvero calore, che lavora dovuto ad averla usata diversamente all'energia delle quantità di calore fornite alla macchina.

EX_Q = (1 - T_o/T) Q = W_rev

Se il calore è fornito al SET, allora l'EX_Q può essere vista come il lavoro fatto da una pompa di calore ideale che opera tra la temperatura T e T_o.

EX_Q = Q/COP_HT,rev - Q/T = W_rev

Valvola di Espansione

Lo scopo di una valvola è ridurre la pressione di un fluido.

È unita a un componente, generalmente un pistone, senza il rischio di identificare il prodotto.

Scambiatore di Calore a Superficie

Si usa un trasferimento di calore da un fluido caldo a una superficie e un fluido freddo ad una T_A

Bisogna distinguere i casi in cui lo scambio di calore avviene ad una T>T_o e il caso in cui avviene a T T_o

Se lo scambio di calore avviene ad una T>T_o lo scopo è aumentare l'exergia del fluido freddo a prendere più del fluido caldo.

ε = (Ė_X2 - Ė_X1) / (Ė_X3 - Ė_XA)

2. Caso 2 T < T_o

Se lo scambio di calore avviene a una T_o (recuperazione), allora l'exergia è trasferita dalla corrente fredda a quella calda.

ε = (Ė_X4 - Ė_X3) / (Ė_X4 - Ė_X2)

Caldaia

Lo scopo di una caldaia è quello di aumentare l'exergia tra ingresso e uscita per l'acqua di alimento.

ε = ((E_X6 + Ė_XS) + (E_X8 - Ė_X3)) / ((Ė_X1 + Ė_X2) - (Ė_X3 - Ė_X4))

Se consideriamo la semplificazione del caldaio con un espansore e un ciclo:

ε = ṁ_fuel (ĖX^w,out - ĖX^PH,in) / ṁ_fuel ^HV

= 1 - ĖT_oex_s / ṁ_fuel^HV