Fisica tecnica - Domande e risposte

Primo Principio della Termodinamica

Il primo principio della termodinamica riguarda il carattere conservativo dell'energia.

Considerando un sistema termodinamico che percorre un ciclo chiuso di trasformazioni nel corso del quale scambia calore e lavoro con l'esterno allora se al bilancio del calore scambiato è positivo e negativa la somma dei lavori scambiati con l'esterno è positiva pertanto \( \nu - Q - L = 0 \) di cui il rapporto \( Q/L = A = 1 \).

Equilibrio sia la natura del sistema.

Misurando il calore in kcal e il lavoro in Joule il rapporto vale

\( A = 1/4186 ... \)

In una trasformazione aperta la variazione di energia interna \( \Delta U \) dipenderà solo dello stato iniziale (H) da quello finale (K) della trasformazione.

Quindi \( Q_{HK} - A L_{HK} = U_k - U_H \)

Irriversibilità ed Entropia

Si parla di entropia nel Enunciato di Carnot, nel Secondo Principio nel quale il rendimento di una macchina termica che funziona secondo il ciclo di Carnot dipende soltanto dalle T esterne del ciclo, un ciclo costituito da 2 adiabatiche e 2 isoterme.

Il Piano Entropico T-S, temperatura assoluta - entropica per unità di massa prende il nome di piano entropico, con proprietà rappresentative sui cicli termodinamici con adiabatiche verticali che coincidono con le isoterme.

Si ottiene la quantità di calore scambiata nel tratto A e B

Q_AB = ∫_A^B Tds

Fissato 2 piani A e B sul contorno del ciclo chiuso il valore dell’integrale del rapporto dQ/T non dipende dal percorso scelto ma soltanto degli stati iniziali e finali della trasformazione, indicando la variazione subita da una grandezza di stato nel passaggio dallo stato A allo stato B, queste grandezze si chiamano entropica.

Il lavoro di qualsiasi ciclo, rappresentato |L_AB|, se il percorso è in senso orario (LO), il lavorio è positivo componendo il lavoro sollecitando così il ciclo motore, se avviene in senso antiorario il lavoro è negativo, viene detto ciclo frigorifero.

Si parla di un processo irreversibile un processo che lascia traccia di sé, il sistema al termine del processo ritorna nelle condizioni iniziali ma parte con l'ambiente per la quale questo ritornano nuovi stati, involvono le cause sono date da : formazione permanente, campo viscoso non convergente turbolenza nel motore fluido, le trasmissioni in introno al calore, conducessi alcune dissolvenze di alcun durante di un corpo che cambia colore col essiccare, mescolano tra 2 sistemi rilamente strati, trasformazione quasi statica.

Perdite di Carico Concentrate

Le perdite di carico concentrate si manifestano nei circuiti idraulici, dato da una brusca diminuzione di carico.

Essa avviene in un tratto limitato, con una singolarità all'interno del quale avvengono moti vorticosi con un elevato grado di turbolenza.

La singolarità può essere:

1. Un'apparecchiatura idraulica o termoidraulica: radiatore, boiler, caldaia, evaporatori, valvola ecc...
2. Un'irregolarità geometrica del circuito: angolo, curva, diramazione, allargamento o restringimento della sezione.

La valutazione per le perdite di carico concentrate avviene utilizzando il metodo della lunghezza equivalente, ovvero considerando una lunghezza di una tubazione che produce una perdita di carico ripartita con un valore uguale alla perdita di carico concentrata prodotta dall'irregolarità.

Diagramma Psicrometrico

Si osservano il diagramma di stato dell'aria atmosferica, utilizzato per descrivere gli stati termodinamici dell'aria umida, per definire i trattamenti dell'aria nei processi civili ed industriali.

• L'aria umida è un sistema termodinamico a 2 componenti:
• Aria secca: miscela di gas in proporzioni invaribili al di sopra della temperatura critica.
• Vapore d'acqua: al di sotto della T. critica.

Regola delle fasi:

i = n - F + 2

i: variazione del sisteman: numero di componentiF: numero delle fasi

Esempio:

i = 2 - 1 + 2 = 3

Disegnando la temperatura T, l'entalpia h, e l'umidità specifica x.

Disegno e Descrizione di un Condizionatore

L'unità di trattamento dell'aria (UTA) è un impianto necessario al trattamento dell'aria da immettere nell'ambiente interno.

1. Aria in ingresso
2. Filtri aria esterna
3. Batteria di preriscaldamento
4. Filtri aria ricircolata
5. Batteria di raffreddamento e deumidificazione
6. Umidificatore
7. Separatore di gocce
8. Batteria di post-riscaldamento
9. Ventilatore di mandata
10. Aria trattata da immettere nell'ambiente da condizionare

Per il trattamento invernale BC1 e BC2, per il trattamento estivo BG e BC2. BC1 preriscaldamento, BC2 post ricircolazione, BF raffreddamento con deumidificazione, UM umidificazione.

Per calcolare le portate d’aria utilizzano:

1. ^g = _Qe
2. ^Yi(_Timax - _Tai) — _{Controllo Termico}

b) Est...te

ge(T) = _Qte

Yi(_Te - Tieman)

1. ^gxh - _{Controllo Umidità}
2. (X_oin - X_uin) = Q_ye

Conducibilità Termica

La conducibilità termica, misurata in W/mK, rappresenta la capacità di un materiale di legare la differenza di temperatura e la quantità di calore trasmessa. Essa è introdotta nel postulato di Fourier.

Tramite l’eq. di Fourier di cui: la validità è per la conduzione in solidi isotropi (x e y) indipendenti dalla temperatura. Infatti la conducibilità termica, nei mezzi isotropi è la medesima in tutte le direzioni.

Nel caso di mezzi anisotropi il vettore di flusso termico non è necessariamente parallelo al gradiente di temperatura ∇_t, manifestando variazioni direzionali.

Pertanto notiamo che la conducibilità termica nei eq. F è ricavata considerando una k larga, come costante che dipende dai tipi di materiale; in realtà essa dipende anche dalla temperatura.

Nel caso di gas, il meccanismo di trasmissione del calore è considerata tramite il legame di temperatura, ed è dal movimento che sia proporzionale alla quantità cinetica media delle molecole del gas.

Nel caso dei solidi (con struttura cristallina) si individuano diversi meccanismi di trasmissione del calore tramite la diffusione di elettroni liberi e la trasmissione di vibrazioni fra atomi adiacenti.

Non es. nei metalli aventi elettroni liberi si evince una buona conduzione elettrica, mentre i solidi con scarsi e_- con un meccanismo⁽²⁾ il materiale si comporta come un anisotropo, poiché dipende dalla direzione di trasmissione del calore rispetto all’orientamento dei cristalli.

Strato Limite

Consideriamo un moto d'insieme che, ha per effetto quello di trasporto:

• calore a seguito do trasmigrazione di massa, cio avviene a distanza dalla parete.
• Ma se ci poniamo in vicinanze della parete, vediamo uno stato di fluido, aderente ad essa. Ficiano ('laminare' per condizioni) è definisce strato limite di velocità o strato limite fluidodinamico o strato limite meccanico, lo stato di fluido, all'interno del quale si verifica un aumento di velocità, dico lo spessore Sy , e, convenzionalmente, va dal 0% a seguente valore di velocità:

U=0.99V, dove V=Velocità 'nulla -l^- as.s. argane-T'; foccio si stabilisce come spessore, quello per il quale le velocità raggiunge il 99% di velocità di una corrente indisturbata. All'interno di esso avviene aviere condizioni di moto laminare o turbolento a secondo dei numero di Reynolds:

Re=PM/lN, poiché Re proporzionale alla velocità, man mano che aumenta si passa da moto laminare a turbolento.

Pertanto, all'interno dello stato laminare, essete all'aumento di B.U., valore di Re che, sopra il valore critico se avvengano valori uno bassi si cerca,\nuno stato laminare con direzione parallelo tra lastra V, se clu aggiunge valori tali che Re supera i 2000, si instabilizza, Il sottostrato lamrinare vicino rimarando presente, uno sottostrato laminare, e dividendono turbulento.

Lo strato limite meccanico avviene in assenza di trasmissione del calore fra la parete ed il fluido, se è presente la trasmissione di calore, Si, a:n claltro fenomeno ci Sviluppa uno, in genere con questo 'meccanico', chiamato strato limite, che non coincide di esso lo spessore S:, e individuato come stato limite termico.

da verificarsi: Tp-T9=0.99(Tp-To)