Fisica tecnica industriale - sostanze e loro proprietà

Grandezze fisiche e unità di misura

(Capitolo 1)

• Sistemi internazionali: [L, T, M, Q]

(grand. fondam.)

• m, s, kg, C

- grand. derivate

• v = s/t, p = F/A, L, p.

• Per la pressione ho: Pascal, Bar, atm

Scienza della termodinamica

(Capitolo 2)

Lo stato di un sist. è definito se sono definite massa, comp. chim., var. interne, var. esterne

(quote e basi)

• (P, V, T)

Tra sist. esterno posso avere → scambi di massa,scambi di calore, scambi di lavoro

• Sist. chiuso → non ci sono passaggi di materiale
• Sist. aperto → ci sono passaggi di materia con l'esterno
• Sist. isolato → se non scambia calore

Lavoro → quello fatto da un sist. chiuso duranteuna transf. aperta è dato dall'area sottesa

• (Se la press. non è costante)

Temperatura → equilibrio termico tra due corpi(parete adiabatica e conduttrice)

Calore → interazione tra il sist. e l'esterno

Grandezze estensive → dipendono dalla massa

e intensive → non dipendono da essa

Regime stazionario → le variabili sono costanti nel tempo

gas perfetti o ideali

PV = m R_u T = _Ru/^p.m. R_u T = H_Ru

R = _Ru/^p.m.R_u = 8,314 J/mol°K

ESPERIENZA JOULE

L'energia interna dipende solo dalla temperatura e non dal volume

per i gas perfetti → du = c_v dT e dh = c_p dTR = c_p - c_v, k = _cp/^c_v

PER LA TRASF. ISOENTROPICA hopv^k = cost T v^k-1 = cost

₁/^pkv = cost

TRASFORMAZIONE ISOBARA

l = ∫ p dV = p(V_f - V_i)Δh = q = c_p(T_f - T_i)

Δu = c_vΔT = c_v(T_f - T_i) (perfetti) oppure Δu = c_p(T_f - T_i) + p(V_f - V_i)

Δs = dq / dT = Δs = c_p ln _Tf/^T_i

TRASF. ISOCORA

(v = cost)

l=0 q = c_v(T_f - T_i) Δu = c_v(T_f - T_i)

Δu = c_p(T_f - T_i) (perfetti) oppure Δh = q + V dp = c_v(T_f - T_i) +V(dp)Δs = dq / dT = Δs = c_v ln _Tf/^T_i

TRASF. ISOTERMA

(T cost) (solo perfetti)

l = ∫1Vf p dV = ∫1Vf RT/V dV = R T ln Vf/Vi

Δu = 0 Δh = 0

Δs = dq / dT = R_u ln _Vf/^V_i q = l = R T ln _Vf/^V_i

TRASF. ISOENTROPICA

ADAB. REV.

q=0 du = c_v dT dh = c_p dT ds = 0

l = ∫₁^{p_dVpVf - pV_i} = _Ru / ^(1+k) (T_f - T_i)

2) RAFFREDDAMENTO ISOTITOLO

quindi G1=G2_x e h₂ = h₁ - Q_1-2

quando arrivo alla curva di trascurabilità: Q_1-2 = 0 e trovo x₃

3) MISCELAZIONE

Gas₁ + Gas₂ = Gas₃

(bilancio massa aria)

Gv₁ + Gv₂ = Gv₃ (u = 1 vapore)

Bilancio umore: h₁ + h₂ = h₃ = Gas₃ - h₃

4) SATURAZIONE ADIABATICA

(attraverso un recipiente isolato in cui ho miscela e acqua liquida)

Enthalpy mix is ​​constant

Bilancio massa: G₂ = G₁ + G_L

Gas₁ x₁ + G_L = Gas₂.x₂

Bilancio energia: H_i = H_i + H_e

h₂G_a2 = h₁.Gas₁ + h_LG_e

trovo h₂ = h₁ + h_LG_L

= h₁ + d_e(x₂ - x₁)

(TRASCURO h₂ = h₁)

IMPIANTI TECNICI

IMPIANTI MOTORE A GAS

CICLO OTTO

• 0-1 -> ASPIRAZIONE (miscela aria+combustibile)
• 1-2 -> COMPRESSIONE (adiabatica e isotropica)
• 2-3 -> SCOPPIO (velocità e temperatura elevata; v cost)
• 3-4 -> ESPANSIONE (adiabatica e isotropica)
• 4-1 -> SCARICO (v cost; p diminuisce)
• 1-0 -> FASE DI COMPRESSIONE (per riportare il volume a v0 e far uscire i prodotti di scarico)

Quindi avremmo un mot. aperto che compie una transf. adiabatica; dato che non è possibile dobbiamo chiudere il ciclo (sostituire la reac. chim. con scambi di calore). Diventa

IPOTESI -> 1) NO VALVOLE, 2) NO REAZ. CHIM.

PARAMETRI DI VALUTAZIONE

1. RENDIMENTO -> η = Qnetto / Qass = (Qass - Qced) / Qass = 1 - Qced / Qass
2. η = 1 - (α(Tu - Ti) / α(T3 - T2)) = 1 - T1 / T ₄ (T ⁴ / T ₂ - 1) / (T ₂ / T ₂ - 1) (e pureva l'eq. dell'adiabatica)
3. η diventa 1 - T ₁ (e pureva l'eq. dell'adiabatica)
4. η = 1 - 1 / (V ₁ / V ₂ ) ^k-1

(al crescere di Vr cresce η; ma il limite è l'autoaccensione delle valvola)

Motori con turbina a gas

Ciclo Joule o Brayton

quando lo sostituisco così

due isoiare e due (isotropiche) (vedere anche T-S)

Parametri di valutazione

1. Rendimento: η = 1 - q_C/q_A = 1 - ^{c_p(T₄-T₁)}/_cp(T3-T2) (come il precedente)

   η = 1 - ^T₁/_T2 = 1 - ¹/_rp^^k-1/k

   con r_p = ^P₂/_P1 = ^p_Max/_pMin

2. Rapporto dei lavori

   λ_w = ^l_u/_le = ^l_e-l_c/_le = 1 - ^l_c/_le = 1 - ^{c_p(T₂-T₁)}/_cp(T3-T4)

3. Lavoro netto

   l_m = l_e - l_c = c_p(T₃-T₄) - c_p(T₂-T₁)

   annulle max del lu

   α r_p = ^T₃/_T1^^k/_2k