Richiami di termodinamica

RICHIAMI DI TERMODINAMICA

Varianza

I fluidi maggiormente disponibili in natura sono l’acqua e l’aria, per questo i maggiori

impianti a vapore impianti a gas.

tipi di impianti sono gli e gli

Le trasformazioni termodinamiche che vedono coinvolti i fluidi prevedono quasi

sempre uno scambio di energia tra questi e l’ambiente sotto forma di calore o lavoro:

non è buona norma destinare ad entrambi questi scambi lo stesso apparecchio; per

questo motivo gli impianti sono costituiti da più macchine collegate tra loro, ognuna di

queste adibita a una diversa funzione.

fluidi equilibrio

Si definiscono le sostante allo stato liquido e aeriforme. In condizioni di

questi non subiscono variazioni nel tempo. Nel caso in cui uno o più parametri che

descrivono lo stato di un fluido dovessero variare, allora questo sta subendo una

trasformazione. Le trasformazioni sono descritte dai parametri termodinamici

pressione, temperatura volume

e (→ grandezze di stato).

Al variare dello stato di un fluido, non è detto che queste tre grandezze varino

contemporaneamente. Per questo si utilizza la regola delle fasi di Gibbs-Helmoltz,

varianza

che fornisce la di un sistema, ovvero il numero di parametri di stato che è

necessario conoscere per descrivere termodinamicamente lo stato di un fluido:

ѵ = N – X + 2

dove N è il numero di componenti indipendenti del sistema e X è il numero delle fasi

presenti.

Per “componenti indipendenti” si intende una sostanza di ben definita struttura

chimica (es. se ho solo aria, N = 1; se ho acqua e aria, N = 2). Per “fase” si intende

uno stato di aggregazione, fisicamente individuabile, presente nel sistema.

L’equazione di stato

Si può verificare che un sistema a una sola componente può avere al massimo ѵ = 2;

ciò vuol dire che il suo stato termodinamico può essere descritto utilizzando solo due

delle tre variabili di stato. La terza sarà legata alle altre due mediante una legge, detta

equazione di stato.

Per i gas lontani dalle condizioni critiche essa assume la seguente forma:

p V = R₀ T (legge dei gas perfetti)

dove, assumendo come V il volume di un kg della molecola, R₀ assume il valore

universale di 8314 J/kmolK (Joule/kilo-moli kelvin).

Nei calcoli tecnici tale equazione si utilizza con riferimento a un kg di sostanza. In

questo caso essa diventa: p = R ρ T

Dove ρ è la massa volumica e R assume un valore diverso da gas a gas, pari al

rapporto tra la costante universale e il peso molecolare del gas.

Principio di conservazione e di equivalenza (PRIMO PRINCIPIO DELLA

TERMODINAMICA)

Il primo principio viene qui rivisitato in chiave macchinistica ed impiantistica: ci si

riferisce all’unità di massa e quindi all’energia specifica.

James Prescott Joule

Questo principio fu stabilito da nel 1840 e dimostrato con

l’esperienza del famoso mulinello a pale: egli introdusse in un recipiente cilindrico,