Fisica tecnica - tracce esame teoria svolte

Conduzione

È un processo mediante il quale il calore fluisce da una zona di T maggiore a una di T minore attraverso uno o più mezzi a contatto. La conduzione non ha luogo ai trasporti di materia, e può avvenire solo attraverso solidi o fluidi e non nel vuoto. La quantità di calore che fluisce si calcola con: Q = kA ΔT/dx (Fourier). Se considero una conduzione nella 3 dimensioni ho Q = kA ΔT/dt. Questa formula vale per un mezzo isotropo, ovvero un mezzo in cui la conducibilità termica (k) è costante nelle 3 dimensioni. La conducibilità termica (k) si trova con k = Q · S / (A ΔT) [w/mk] e rappresenta la misura della velocità con la quale il calore fluisce attraverso un corpo.

La conduzione in relazione al tempo: Al tempo t=0 porto la lastra ad una T₁ poco maggiore di T₀ e mantengo quella temperatura. Con l’aumento di T’ c’è un flusso di calore verso l’altra faccia della lastra e vedo il grafico della T’ che continua a modificarsi; questo si considera un regime transitorio in cui il corpo continua ad accumulare calore fino a che non arriva ad uno stato di equilibrio con l’esterno e cioè nel regime permanente, dove il grafico diventa rettilineo e rimane invariato nel tempo. Questo avviene perché i capi accumulano energia interna (calore) e di conseguenza aumenta la T’ del corpo. L’accumulo di energia in un corpo non è infinito. Questo si annula e permette lo scambio di energia interna e flusso di calore continuo a passare attraverso il corpo, ma senza modificare la sua T. Avvento c’è un flusso di calore attraverso un corpo è necessario per la conduzione potenziale termica esterna minore della potenziale termica usata e di conseguenza minore quello all'interno del corpo. Ogni corpo ha una sua capacita termica C = m · Cₚ che mossa per calor specifico espresso in J/k ed è la misura di

questo un capo pu accumulare calore. La velocit con cui il calore si depone su un capo misurata con la

Diffusivit Termica che il rapporto tra il calore trassmesso

e il calore immagazzinato α = _λ/^{ρ c} [ ^m/_s ]. Se Trasporto

di calore pu condursi in stato stazionario mono dimensionale,

cioe dove un corpo non accumula energia interna e il profilo della

di calore dipende anche dalla resistenza, cioe estruzione del

materiale a farsi attraversare dal calore, la resistenza si calcola

come R = ^S/_{K A} [ ^K/_W ] e il flusso quindi si calcola come Q = ^ΔT/_R

Nel caso in cui la parete sia composta tra piu materiali diversi.

a stretto contatto, il flusso si calcola determinando il valore

della Resistenza totale Q = ^ΔT/_Rtot le resistenze possono essere in

serie, Rtot = R1 + R2; oppure in parallelo = ^{R1 R2}/_{R2 + R1} nel

caso di 2 resistenze e Rtot = ¹/_R1 + ¹/_R2 + Rn nel caso di pi resistenze

Se consideriamo uno specifica cilindrica il flusso di calore

sara Q = 2π L K ^ΔT/_ln(r2/r1) mentre la resistenza condittiva

R = ^ln(r2/r1)/_{2π L K}, di consequenza il flusso sara: Q = ^lu(r2/r1)/_{2π L K1} + ^lu(r3/r2)/_{2π L K2}.

Se applichiamo l'analisi dimensionale nelle convenzioni forzate otteniamo:

Nu = cost (Re)^a(Pr)^b = ^hD/_k = cost ( ^ρVD/_μ)^a ( ^{Cp μ}/_k)^b

• ^hD/_k è detto numero di Nusselt e si ottiene dividendo il flusso di calore per convenzione per quello per conduzione;
• ^ρVD/_μ è detto numero di Reynolds e indica se il moto del flusso è laminare o turbolento, mettendo in rapporto le forze di inerzia con quelle viscose. Il moto è laminare se Re < 2000 - 2500;
• ^μ/_ρ è detto numero di Prandtl.

Cost e i due esponenti a e b sono da determinare sperimentalmente.

Nel caso di convenzione naturale h dipende da:

h = h (βm, μ, Cp, k, g, (Tp-TA), D)

α rappresenta il coefficiente di dilatazione isobara α = ¹/_T(¹/_P)

Se applichiamo l'analisi dimensionale nella convenzione naturale otteniamo:

( ^hD/_k ) = cost ( ^{D3 g α (Tp-TA)}/ _{( ^μ/ρ )²} )^c ( ^{Cp μ}/_k )^d

Dove ^hD/_k è il numero di Nusselt, ^{Cp μ}/_k è il numero di Prandtl, mentre ^{D3 g α (Tp-TA)} è il numero di Grashof (Gr) che è il rapporto tra la forza di galleggiamento e le forze viscose.

La formula si può anche scrivere Nu = cost (Gr)^c(Pr)^d dove cost, c e d sono sempre da determinare sperimentalmente.

Parte dello spettro elettromagnetico che trasporta calore.

Un corpo emette radiazioni se la sua temperatura è superiore allo zero assoluto (-273,15°C).

Il flusso di calore per irraggiamento è differente di conduzione e convezione dove il flusso di calore emesso da un corpo a temperatura maggiore si pulisce a temperatura minima, nell'irraggiamento due corpi irradiano calore l'uno verso l'altro e il calore netto trasportato è la differenza dei due flussi, che fluisce verso il corpo a temperatura minima.

Flusso di energia irraggiamento

E = εσT⁴A Δt

Dove: ε è l'emissività del corpo; σ è la cost di Stefoan-Boltzmann _{5,76 10^-8 W/m² k⁴}; A è la superficie del corpo.

Quantità del calore emesso in un intervallo di tempo Δt da un corpo della temperatura T(k).

• Coefficiente di emissione monocromatica per la frequenza (v) -> emissività o emittanza [ε (v)]

ε (v) = _{qe (v)}/^{qb (v)} ≤1

Energia emessa in tutte le direzioni del corpo

Energia emessa dal corpo nero alla stessa temperatura.

L'emissività è compresa tra 0 e 1

0 ≤ ε ≤ 1

TORRE DI RAFFREDDAMENTO

Ha la funzione di raffreddare l’acqua proveniente da impianti che l’hanno usata come fluido refrigerante. Sono scambiatori a scambio indiretto, abbassano la temperatura dell’acqua mettendola a contatto diretto con corrente di aria fredda. Esistono 2 tipi di Torri di raffreddamento, una che opera per convezione naturale, l’altra con convezione forzata.

In entrambi i casi la massa di acqua raffreddata ammonta della massa di reintegro per reimmetterla in un ciclo produttivo. L’intero processo avviene naturalmente mediante le spinte di aria a temperatura ambiente e quindi più fredda dell’acqua calda proveniente dal condensatore; l’acqua viene ridotta in piccole goccioline tramite ugelli e cade verso il fondo della torre dove una raccolta, per essere utilizzata nuovamente, mentre l’aria fredda viene spinta dal basso verso l’alto. In questo modo i due fluidi si scambiano calore mediante conduzione e convezione. L’acqua a contatto con l’aria subisce una diminuzione di temperatura e l’aria si arricchisce di vapore raggiungendo la saturazione.

Ci sono 2 problemi da affrontare quando si vuole utilizzare una torre di raffreddamento - le masse di aria necessarie per raffreddare l’acqua, e la quantità d’acqua da reintegrare.

• Il calore che entra è uguale al calore che esce. Bisogna abbassare l’entalpia dell’acqua,
• La parte di acqua che evapora si raffredda, diminuendo così la sua entalpia, mentre l’aria aumenta la sua entalpia, riscaldandosi e aumentando la quantità di vapore contenuto.

BILANCIO DI MASSA

Mtot Xa + Macc Xc [UM ASS MISCEA]

MinH2O Δx+ Mcaos [UM ACCMISURA]

MvE; Δx= Macq

• Mac (mcaos) CpH2O (Th2out - Th2in)
• (Mas (in) = Ham(sox) + (Δx - CpH2O - Th2)