Fisica Tecnica - Termodinamica e Psicrometria

7. Termodinamica

Studio della proprieta' dei corpi e dei fenomeni che implicano lo scambio di calore, energia e lavoro.

• Sistema termodinamico aperto: il sistema ha scambio di massa ed energia con l'ambiente esterno.
• Sistema termodinamico chiuso: il sistema ha scambio di energia ma non di massa.
• Sistema termodinamico isolato: il sistema, capace di conservare le proprie energie interne, non scambia ne' massa ne' energia.

Equazione di Stato

Per ogni sistema esiste un esposto di equilibri che lega tra loro le grandezze termodinamiche fondamentali: P, V, T, M.

Si ricava con il teorema delle fasi di Gibbs (calcolo numero variabili indipendenti c+P).

V = f + 2 r

f = numero delle fasi

sistema monocomponente r = 1

Avremo che V: 4 - f + 2 = 2 quindi avrò una funzione che dipende da due variabili è dove specifica f (T, V, P) oppure per il Gas Perfetto PV = nRT gas in cui soddisfa

Il sistema che interagisce con l’esterno andando a modificare i valori delle grandezze, passando da uno stato di equilibrio ad un altro. Le trasformazioni termodinamiche:

• Isobara p=cost
• Isocora v = cost
• Isotermica t = cost
• Adiabatica Q = 0

Rappresentazione sul Piano Clapyedon piano cartesiano (V, T) assunto bidimensionale per il costante

Primo principio della termodinamica

Il principio di conservazione dell’energia:

Nei sistemi chiusi:

ΣQ - ΣL = 0

Nei sistemi aperti:

ΣQ - ΣL = ΔU

du = dQ - dL

du = dQ - Pv

la differenza tra calore

lavoro in una Trasformazione Termodinamica è uguale alla variazione di energia interna tra i due stati.

Sistemi termodinamici aperti

Sistema in cui avviene lo scambio di calore, lavoro e massa con l’ambiente

Esempio di una CONDOTTA a deFlusso monodimensionale

Sezione di una condotta

• tp : Pressione costante
• R.S. : Portata per entranti, uscita N

EQUAZIONE: ΣE_e = ΣE_u

• E_e = 1/2 u² + g.z₂ + U₂ + P.V₂
• E_u = U₁ + Q + L

h₂ - h₁ + 1/2 (u² - u¹) + g (z₂ - z₁) = Q - L

Sapendo che

d (h) = dU + pdV + vdp = dq + vdp

Sostituisco

Q₁₂ + V₁₂ (L - B) = 1/2 (u₁² - u₂²) + g(z₁ - z₂) = 0

Equazione di Bernoulli per il dimensionamento dei sistemi idraulici

• gz Carico geometico
• 1/2u² Carico cinetico
• VP Carico geometoco
• + 1/2 u² + gz + VP

Allora H₂ - H₁ + P₁₂ = 0

Perdita di carico: Il fluido dissipa calore all’interno del tubo.

• P₁ , R₁ + R₂

1. LE EQUAZIONI DI CARICO DISTRIBUITE dovute allo scorrere del fluido nel condotto - funzione che dipende in fasi (D, J, H, D.J, E, J)

Per il teorema di Buckighman Ϝ = 6.3 : 3 parametri adimensionali che legano

• 1) NUMERO DI REYNOLDS
• 2) SCABREZZA e = d₁
• 3) FENNING F_R = 1/2 d / x
• Ottimo dissipatore dell’ Ϝ(J, e)

Ciclo Diesel

ideale. Motori a combustione interna. Motore ad accensione spontanea.

4 trasformazioni: 2 adiabatiche, 1 isobara, 1 isocora.

• 1-2 compressione adiabatica (T ↑ e ρ ↑ e V ↓)
• 2-3 combustione calor G_s a p costanteMomento T = V
• 3-4 espansione adiabaticaCilindro lavoro positivo
• 4-1 a volutme costante viene estrattauna quantità di calore Q₂

Rendimento

e = _V1/^V₂ rapporto di compressione

β = _V3/^V₂ rapporto di combustione

η = 1 - ^{4 √eγ-1}/_{(β^γ-1)/(β-1)}

Valore sempre > 1

• => a parità di rapporto di compressione e rendimento del ciclo Diesel è minore del rendimento del ciclo di Otto.

In realtà il ciclo di Otto deve mantenere un rapporto di compressione basso, poiché la miscela viene già esplodendo ad alte pressioni. Il rapporto di compressione nel ciclo diesel può essere incrementato maggiormente perché il gasolio può essere compresso a pressioni maggiori senza esplodere.

Diagramma Psicrometrico

È una rappresentazione grafica delle proprietà termodinamiche dell'aria umida.

È possibile rappresentare le varie trasformazioni che l'aria subisce a variate delle condizioni termodinamiche.

Partono dalle regole di Gibbs: V = ϕ + 2n = 3; 1 + 2 = 3 variabili indipendentiP(v, T, x) = 0 considerando c0 cost. n = {v0, p0, T, x}

Per costruire il diagramma necessitiamo un'altra grandezza: ENTALPIA in relazione ad 1 kg di aria secca.

Allora: dh = dQ

Considero l'entalpia totale in funzione della temperatura:h(t) = ha(t) + x hω(t)  ha(t) = cpa ΔTper t = 0 ha(0) = cpa (T - 0)  hω(t) = cpω ΔT + x0 v T   = x0 v

h(t) = cpa T + x (cpω T + x)

➔ È l'equazione di una retta che passa per l'origine quando T = 0

Per esempio il diagramma ci fa riferimento con rette isoterme che aumentano lievemente l'inclinazione per incremento della temperatura. Per condizioni di T0 ruotano le rette ad un potenziale angolamento di α: questo angolo rotazioni di α: 45°Il passaggio è 45° rispetto a 0°

Di conseguenza si tracciano le rette a umidità specifico costante.Sopc che andremo ad incrociare quella ad entalpia costante isoterpica.

Per tracciare le curve di umidità relativa costante si usa la relazione:x0 = cpω · cpP - ωp

Calcolo le varie di x : :P - ωp

In questo modo fa tutti gli elementi pesi calcolazione è poco o per ogni coppia T(carp)isoterma alsia 1

IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO

L'impianto di condizionamento racchiude una serie di processi necessari

a portare l'aria ad una temperatura e umidità tale da garantire

un benessere termo-igrometrico.

Classificazione:

• IMPIANTI A TUTT'ARIA
  • a portata costante
  • a portata variabile
• IMPIANTI MISTI
  • aria/acqua
  • ventilconvettori
  • a induzione (non più in uso)

a) IMPIANTI A TUTT'ARIA

Impianti che fanno ricorso solo all'aria per il controllo degli scambi

energetici e di massa. La regolazione può avvenire sia variando la temperatura

di immissione dell'aria (a portata costante) oppure con una variazione di portata

d'aria (a portata variabile). Questo tipo di impianto è utilizzato per

grandi ambienti (teatri, cinema, ecc.).

L'impianto controlla

• aria con temperatura,
• l'umidità relativa,
• la purezza dell'aria

b) TRATTAMENTO ESTIVO

Condizioni interne: ti = 26°C

φi = 50%

Le condizioni esterne e

l'aria viene raffreddata e deumidificata per

poi essere immessa nell'ambiente nel punto IN (post-riscaldamento)

IN RETTA DI INTRODUZIONE

ha una pendenza:

E' l'elogio dei possibili punti di introduzione dell'aria in ambiente.

c) TRATTAMENTO INVERNALE

Condizioni interne: ti = 20°C

φi = 50%

Le condizioni esterne

la prima viene miscelata fino alle

condizioni nel punto A, ma per elevata

umidità specifica maggiore, è necessario

aumentare l'umidità relativa adiabaticamente

spostandosi acqua nebulizzata.

L'aria viene scaldata, ulteriormente e mandata nell'ambiente (IN)

Retta di introduzione negativa