Domande prova in itinere Fisica tecnica

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ALLO STATO VAPORE SURRISCALDATO. INOLTRE SUPPONENDO DI DISPORRE DELLA TABELLA DALL'ACQUA SATURA, SI ESPRIMANO IN FUNZIONE DELLE GRANDEZZE DI STATO (IN FORMA LETTERALE) IL LAVORO DI VARIAZIONE DI VOLUME ED IL CALORE SCAMBIATI ESCLUSIVAMENTE DURANTE IL CAMBIAMENTO DI STATO: diagramma di andrews sia le regioni monofasiche che quelle bifasiche si proiettano in aree. Vaporizzazione e condensazione sono processi isotermobarici, fissata una sola p e T sul piano pv si individua il segmento degli infiniti stati aventi uguali pe T ma diverse proprietà specifiche, il calore di vaporizzazione o di condensazione in kJ/kg, è il calore richiesto per portare 1 kg di sostanza da liquido saturo a vapore saturo secco LAVORO DI VARIAZIONE DI VOLUME: ∫(delta)L = ∫(delta)p ∙ dV J12 rev nell'esperimento di compressione isoterma, analogo al riscaldamento isobaro, per T>Tc non si osserva alcun cambiamento di fase: la temperatura critica

può definirsi come quella al di sopra della quale la compressione isoterma non determina la liquefazione della fase aeriforme. INDICARE SINTETICAMENTE QUALI SONO I LIMITI TECNOLOGICI E QUELLI FISICI PER UN IMPIANTO MOTORE A VAPORE: gli impianti a motore sono impianti che operano secondo un ciclo diretto, cioè percorso in senso orario nei diagrammi p-v e T-s. Convertono in maniera continua calore, l'energia termica netta è in ingresso nel ciclo, il lavoro, l'energia meccanica netta è resa disponibile all'esterno. Quello a vapore, il fluido evolvente durante il ciclo termodinamico si trova sempre in un intorno della regione del vapore saturo. Ciclo diretto a vapore è il CICLO RENKINE, ricalca il ciclo di Carnot. Il fluido è sempre nei dintorni della regione bifase L+V. Gli scambi di calore hanno luogo secondo trasformazioni isobare che all'interno della campana sono anche isoterme. Si approssima il ciclo di Carnot quanto più gliscambi termici avvengono dentro la campana, ciclo a vapore saturo. Ciclo diretto utilizzato negli impianti termoelettrici, ciclo di bottoming dei cicli combinati, il fluido è normalmente l'acqua (tc=375°C) per sorgenti a bassa temperatura si possono usare fluidi organici (organic rankine cycle). DA TERMINARE VALVOLA DI LAMINAZIONE: dispositivi atti a ridurre e controllare la pressione di una corrente fluida in un condotto, quanto più la valvola è chiusa, tanto più si ostacolerà il flusso e maggiore sarà la generazione di entropia e la riduzione di pressione tra monte e valle. L'otturatore della valvola consente di regolare l'entità degli effetti dissipativi. La laminazione intrinsecamente irreversibile, fenomeno di attrito viscoso, non si rappresenta nei diagrammi termodinamici ma si indica con una linea tratteggiata. Le sezioni di ingresso ed uscita sono sufficientemente distanti dal restringimento, si può ritenere.valida l'ipotesi di flusso monodimensionale nelle sezioni di ingresso ed uscita, la variazione di energia cinetica è trascurabile, date le dimensioni ridotte si può trascurare la variazione di energia potenziale, non vi sono scambi di energia termica né 2w ( )-h =0 bilancio di energia : ḿ hmeccanica. ≅0 ≅Q́≅ 0; Ĺ=0 ; ḿ∙ ∆ ; ḿ ∙ g ∆ z 0 ; 2 12' ( )-s >0 bilancio di entropia Sgen= ḿ s dalla seconda equazione di Gibbs si deduce2 1 che la pressione può solo diminuire. Che cosa succede alla temperatura? Dipende dallo stato del fluido, se si adotta il modello di liquido incomprimibile con calore specifico costante, dla bilancio di entropia: ' TSgen 2( )= -s =c >Ts ln → T se si adotta il modello di gas ideale, dal bilancio2 1 2 1 ḿ T 1 ( )-h =c -T =0 =Th T →T di energia: 2 1 p 2 1 2 1 RENDIMENTO TERMICO DEL CICLO RENKINE: l'analisi del VC consente di esprimere ilIl rendimento termico in funzione dell'entalpia agli estremi delle trasformazioni è calcolato come il lavoro diviso per il calore immesso in caldaia. Esprime il rendimento termico del ciclo Rankine in funzione delle grandezze di stato. Il calcolo delle entalpie avviene agli estremi delle trasformazioni. È necessario massimizzare il rendimento. VC1(POMPA): Lp = (h2 - h1) = q1 VC2(CALDAIA): Q = (h3 - h2) = q2 VC3(TURBINA): W = (h3 - h4) = q3 VC4(CONDENSATORE): Q = (h4 - h1) = q4 Trascurando il lavoro della pompa: η = 1 - (q1 / q2) = 1 - (h2 - h1) / (h3 - h2) Rispetto a quello della turbina: η = (q3 / q2) = (h3 - h4) / (h3 - h2) E poiché si ha anche: q3 = q2 - q1 h3 - h4 = h3 - h2 - (h2 - h1) h3 - h4 = h1 - h2 Si ottiene quindi: η = (h1 - h2) / (h3 - h2)

=1−si ottiene queste sono le relazioni di piùη3 2 3 1 −h −hh h3 1 3 1rapido impiego poiché non richiedono il calcolo dell’entalpia dell’acquaall’uscita della pompa ma solo quella all’ingresso che viene letta direttamentesulle tabelle di saturazione. ( )−h −( −h )h h−l −hl q h3 4 2 1T P u 4 1= =1− =1−η= ( −h ) −hq h q he 3 2 e 3 2trascurando il lavoro della pompa rispeto a quello della turbina:( )−hhl 3 4T ≅h−h −hhe poiché si ha anche si ottiene=η= 3 2 3 1(h −h )q e 3 2( )−h −(h −h )h −hh3 4 2 1 4 1 queste sono le relazioni di più rapido impiego=1−η= (h −h ) −hh3 2 3 2poiché non richiedono il calcolo dell’entalpia dell’acqua all’uscita della pompa,ma solo quella all’ingresso (letta direttamente sulle tabelle di saturazione).COMPRESSIONI: per

ridurre la spesa di energia richiesta da un processo di compressione si deve ridurre l'area sottesa nel piano p-v con l'asse dellepressioni: ciò è possibile compiendo una compressione interefrigerata2∫ .=-l vdprev 1CICLO RIGENERATIVO RENKINE DOBBIAMO FAR RIFERIMENTO AL CICLOENDOREVERSIBILE:nel ciclo endoreversibile la generazione entropica è dovuta solo allo scambio cm o serbatoi esterni (per deltaT finito). Lagenerazione di entropia è nulla per ciclo endoreversibile e positiva nle caso dimacchine reali.SCHEMATIZZARE IMPIANTO MOTORE A VAPORE O RIGENERATORECHIUSO O APERTO: ciclo renkine con rigenerazione, la bassa temperatura diingresso nel GV penalizza il ciclo renkine perché abbassa di molto il livello diTms, la rigenerazione prevede: utilizzo di una frazione y di fluido di lavorospillata ad elevata entalpia (dopo parziale epsansione ad alta temperatura)per il preriscaldamento del liquido prima del GV. In questo modo la Tmssenzaricorrere alla sorgente esterna si riduce inoltre la potenza termica smaltita dal condensatore RIGENERATORE APERTO (o miscela): il flusso di vapore da preriscaldare devono avere la stessa pressione. Nel caso di un solo spillamento la frazione ( ) ( )+ = +yh 1− y h yh 1− y h spillata si ottiene risolvendo il bilancio al miscelatore: 6 2 3 3(h −h )¿ (1− )(h −h )y y-> 6 3 3 2( ) ( ) ( ) ( )( ) −( )−h + −h −h −1 −h −h )h 1− y h 1− y h h fratto ḿ( h5 6 6 7 2 1 4 3 5 4 oppure al posto di ln = ḿ¿Qnh ¿ 7−h(¿ )6−1(1− y)ln/qn −hh 5 4=¿μt RIGENREATORE CHIUSO: i flussi di vapore ed acqua, separati da una superficie di scambio termico ssi miscelano, possono avere pressioni differenti (aumenta la flessibilità). Il vapore spillato dopo essere stato condensato può alternativamente essere portato alla pressione del GV e miscelato con

Il rimanente liquido o il vapore spillato, dopo essere stato condensato può alternativamente:

• Essere portato alla pressione del GV e miscelato con il rimanente liquido
• Essere laminato attraverso un dispositivo di trappola, fino alla pressione del condensatore (o di un rigeneratore a pressione più bassa, se previsto)

( )=( ) -h + -h )Q́ 1- y ḿ h ḿ(hout 3 8 8 4

TRASFORMAZIONI REVERSIBILI E IRREVERSIBILI:

Le trasformazioni reversibili sono ideali, quantistiche, forniscono il massimo di lavoro (inespansione), richiedono il minimo (in compressione). Le irreversibilità possono essere ricondotte ad attrito ed ad altre forme assimilabili di resistenza al moto, alla evoluzione non quantistica di un processo, agli scambi termici prodotti da differenze finite di temperatura, all’evoluzione spontanea dei processi. Nell’evoluzione di un sistema termodinamico, le irreversibilità possono essere generate all’interno della s.c e/o al suo esterno.

Una trasformazione si definisce interamente reversibile (endoreversibile) = reversibilità per il sistema. Estremamente reversibile = reversibilità per l'ambiente. Totalmente reversibile = reversibilità per il sistema + ambiente.

MOTORI TERMICI REVERSIBILI: efficienza = energia ottenuta/energia spesa, ΔL+ΔL-, nel caso dei motori termici si parla di rendimento termico a parità di Q ed altre condizioni il rendimento termico è maggiore quando: è massimo ΔL+ e ΔQminimo ΔL-, tutta l'energia disponibile alla sorgente può essere utilizzata (avviene per una differenza infinitesima di temperatura) quando è minima ΔQ, l'energia ceduta al pozzo (avviene per una differenza infinitesima di temperatura con il pozzo) quando tutte le trasformazioni sono reversibili.

DIAGRAMMA T-s (entropia): le pendenze delle isocore è maggiore di quella delle isobare.

è necessario fornire meno calore per produrre lo stesso aumento di temperatura (cv<cp). Oggi in generale, caratteristica saliente del diagramma T-s è che la sottoangente in un punto alla curva della trasformazione rappresenta la quantità di calore scambiato in quel punto.