Fisica Tecnica - Termodinamica e Psicrometria

7. Termodinamica

Studio delle proprietà dei corpi e dei fenomeni che implicano lo scambio di calore, energia e lavoro.

Sistemi termodinamici

• Sistema termodinamico aperto = è possibile lo scambio di massa ed energia con l'ambiente esterno
• Sistema termodinamico chiuso = quando è possibile lo scambio di energia ma non di massa
• Sistema termodinamico isolato = sistema incapace di scambiare con l'esterno energia interna, non scambia né massa né energia.

Equazioni di stato

Per ogni sistema esiste un'espressione che lega fra loro le grandezze termodinamiche fondamentali: P, V, T, M.

Si ricava con la regola delle fasi di Gibbs, calcolo numero variabili indipendenti c:

V = c - f + 2

• C: numero componenti
• F: numero delle fasi

Avviene che V: 1 + 4 - 2 = 2 quindi avrà una funzione che dipende da due variabili e due fissate.

P(T, V, P) = 0 che per i gas perfetti diventa: PV = nRT

• N: numero di moli
• R: costante universale del gas

Il sistema che interagisce con l'esterno andrà a modificare il valore delle grandezze, passando da uno stato di equilibrio ad un altro: le trasformazioni termodinamiche:

• Isobara (P cost)
• Isocora (V cost)
• Isoterma (T cost)
• Adiabatica (Q=0)

Rappresentazione del piano Clapeyron

• Piano cartesiano (P, V, T)
• Assunto bidimensionale per T costante

Primo principio della termodinamica

Il principio di conservazione dell'energia

Nei sistemi chiusi

ΣQ - ΣL = 0

Nei sistemi aperti

dU = dQ - dL

dU = dQ - δ=W

La differenza tra calore e lavoro in una trasformazione termodinamica è uguale alla variazione di energia interna tra i due stati.

7. Termodinamica

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

Sistemi termodinamici

• Sistema termodinamico aperto - è possibile lo scambio di massa ed energia col contesto esterno
• Sistema termodinamico chiuso - quando è possibile lo scambio di energia ma non di massa
• Sistema termodinamico isolato - sistema capace di conservare la propria energia interna, non scambia né massa né energia

Equazione di stato

Per ogni sistema esiste un'equazione di equilibrio, che lega tra loro le grandezze termodinamiche fondamentali: P, V, T, M.

Si ricavano con la regola delle fasi di Gibbs, calcolo numero variabili indipendenti v.f.

V = c - f + 2

• C - numero componenti
• F - numero delle fasi

Avremo che v: 4 - 1 + 2 = 2 quindi avrà una funzione che dipende da due variabili e due fissati:

Φ(T,V,P) = 0 che per i gas perfetti è PV = nRT con R_m costante universale dei gas

Il sistema che interagisce con l'esterno andrà 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 Clapeyron

• Piano cartesiano (P,V,T)
• Assunto bidimensionale per T costante

Primo principio della termodinamica

O principio di conservazione dell'energia

Nei sistemi chiusi ΣQ - ΣL = 0

Nei sistemi aperti ΣQ - ΣL = ΔU

du = dq - dl

du = dQ - PdV

La differenza tra calore e 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 o deflusso monodimensionale P₀ : pressione costante R.S. : portata netta entrata - uscita in moto monodimensionale

eσu + Q = eₛu

eσ = ½u₁² + g₁z₁ + uᵢ₁ + Q + Rᵥ₁

eₛ = eσ

½(u₁²-u₁²) + g(z₂-z₁) + u₂+P₂V₂ - u₁-P₁V₁ = Q - L

h₂-h₁+½(u²₁-u²₁)+g(z₂-z₁) = Q - L

Sapendo che dh = du+pdv+vdp = dq-vdp

∫ dh = ∫ dq₀ + ∫ dQ

∫dh = ∫ dq - ∫Ⅼdp

h= h₂ - ½v² + q + ∫Ⅼdp - ⅓⅛∫dV=st

Sostituisco

eσu₁+V₁(σ-u₁)+½(u²-u²)+g₂(z₂-z₁) = Q - L+ g₂

• Carico geodetico
• ½u² Carico cinetico
• VP Carico piezometrico

Q+ = ½u² + g₂(z₂-z₂) + VP

Equaz. di Bernoulli per il dimensionamento dei sistemi idraulici

Allora

h₂ - h₁ + ρL+ Q = L L'energia nella sezione entrante limite uguale all'energia della sezione senza la portata di carico h₂, h₁, + L₂, = L

Perdita di carico

Il fluido dissipa calore all'interno del tubo

Pc , Pd₃ + Pc

Forze di carico distribuito dovuta allo scorrere del fluido nel condotto

Funzione che dipende da f(D, u, S, d, e)

Rugosità (Diametro D), velocità flusso (u), etc (φε, pconsta)

• N.1 numero di Reynolds Re = D·u·ρ / Μ
• N.2 scabrezza ε = D
• N.3 coefficiente di Fanning Fᶰ = 8 e dx / D

Deriva su Brahms (nx, σ)

DIAGRAM