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Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche Cap.6. Le macchine termiche semplici e l’analisi di disponibilità Paolo Di Marco Versione 2006.01 – 19.12.06. La presente dispensa è redatta ad esclusivo uso didattico per gli allievi dei corsi di studi universitari dell’Università di Pisa. L’autore se ne riserva tutti i diritti. Essa può essere riprodotta solo totalmente ed al fine summenzionato, non può essere alterata in alcuna maniera o essere rivenduta ad un costo superiore a quello netto della riproduzione. Ogni altra forma di uso e riproduzione deve essere autorizzata per scritto dall’autore. L’autore sarà grato a chiunque gli segnali errori, inesattezze o possibili miglioramenti.
Cap.6 - Le macchine termiche semplici Introduzione e definizioni preliminari Nel presente capitolo viene affrontato lo studio delle macchine termiche. Una macchina termica motrice può essere definita come un sistema termodinamico che, interagendo con l’ambiente, converte con continuità energia termica in energia meccanica. Per operare con continuità, la macchina deve generalmente essere ciclica, ossia ritornare periodicamente nello stato di partenza. Talune macchine termiche non sono effettivamente cicliche: ad esempio un motore a scoppio ritorna periodicamente nella configurazione di partenza, ma il suo fluido di lavoro, una volta subita la reazione di combustione, non ritorna più allo stato iniziale. Tuttavia, anche in questi casi, è possibile, con particolari accorgimenti, ricondursi allo studio di una macchina ciclica. Si faccia attenzione a non confondere una macchina ciclica con una macchina reversibile: il fatto che il fluido di lavoro ritorni allo stato iniziale non implica che le trasformazioni siano reversibili (a tale scopo è richiesto che anche l’ambiente torni allo stato iniziale). Per affrontare lo studio delle macchine termiche, è utile definire due sistemi ideali: il serbatoio di energia termica (SET) ed il serbatoio di energia meccanica (SEM). Si definisce serbatoio di energia termica o sorgente termica un sistema di volume costante e di capacità termica infinita che scambia energia unicamente sotto forma di calore; detto trasferimento avviene a temperatura costante e con generazione entropica irreversibile nulla, ovvero: T cost , V = cost, ΔS = 0 (1) , = SET SET irr SET un sistema di capacità termica molto grande (un lago, l’atmosfera) può essere assimilato a un SET. Anche una caldaia, e più in generale ogni sistema termostatato, possono essere rapprtesentati come SET, in quanto l’energia termica che viene prelevata dal fluido è reintegrata continuamente dalla combustione (o da un'altra fonte di apporto di energia) e la temperatura non varia. Notare come i termini sorgente e serbatoio riportino alla concezione, oggi superata, del calore come un fluido Si definisce serbatoio di energia meccanica un sistema ideale atto a scambiare energia unicamente sotto forma di lavoro, con generazione entropica nulla, ovvero: Δ S = 0 (2) irr, SEM Formulazioni del secondo principio della termodinamica per le macchine cicliche. Abbiamo già visto come il secondo principio della termodinamica, predicendo la “direzione” delle trasformazioni, ci indichi quali trasformazioni, tra tutte quelle consentite dal primo principio della termodinamica, possono realmente avvenire. E’ ovvio dunque che tale principio ponga delle limitazioni anche alle trasformazioni che possono avvenire nelle macchine cicliche e detti alcune regole per il loro funzionamento. Di tutti gli enunciati del secondo principio, i due seguenti riguardano in particolare le macchine cicliche. 6-2
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Appunti ed Esercizi di Fisica Tecni
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Cap. 1. Nozioni introduttive di Ter
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Cap. 2. Cenni sui meccanismi di tra
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Cap. 2. Termodinamica degli stati I
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Cap. 2. Termodinamica degli stati m
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Cap. 2. Termodinamica degli stati u
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Cap. 2. Termodinamica degli stati m
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Cap. 2. Termodinamica degli stati l
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Cap. 2. Termodinamica degli stati E
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Cap. 2. Termodinamica degli stati T
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Cap. 2. Termodinamica degli stati 1
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Cap. 2. Termodinamica degli stati p
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Cap. 2. Termodinamica degli stati D
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Cap. 2. Termodinamica degli stati A
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Cap. 2. Termodinamica degli stati F
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Cap. 3. Le equazioni di bilancio di
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Cap. 4. I sistemi aperti a regime
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Cap.8 - La cogenerazione fumi al ca
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Cap.8 - La cogenerazione Bisogna no
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Cap.8 - La cogenerazione 8.3. Princ
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Cap.8 - La cogenerazione vapore all
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Cap.8 - La cogenerazione Impianti c
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Cap.10 - I cicli termici delle macc
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Cap. 10. Elementi di psicrometria,
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Cap. 11. Scambiatori di calore Un t
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Cap. 11. Scambiatori di calore •
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Cap. 11. Scambiatori di calore La d
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Cap. 11. Scambiatori di calore cald
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Cap. 11. Scambiatori di calore ESEM
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Cap. 11. Scambiatori di calore (a)
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Cap. 11. Scambiatori di calore Effi
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Cap. 11. Scambiatori di calore Effi
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Cap. 11. Scambiatori di calore T T
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Cap. 11. Scambiatori di calore La l
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Cap. 11. Scambiatori di calore di a
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Cap. 11. Scambiatori di calore BIBL
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Cap. 12. Combustione e generatori d
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Cap.14 -Principi di funzionamento d
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Appendici APPENDICE 1 - Equazioni d
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Appendici APPENDICE 3 - Proprietà
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Appendici Acqua Proprietà del liqu
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Appendici H2O p = 0.5 [MPa] Tsat =
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Appendici H2O p = 4.0 [MPa] Tsat =
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Appendici H2O p = 30.0 [MPa] T v u
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Appendici R717 - Ammoniaca Propriet
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Appendici R717 p = 0.4 [MPa] T v u
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Appendici R134a - Proprietà del li
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Appendici R134a - Liquido compresso
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Appendici R134a p = 0.30 [MPa] T v
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Appendici R600a - Isobutano Proprie
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Valori di c p , c v e k per vari ga
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Appendici APPENDICE 4 - Unità di m
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d) Unità di potenza Unità di misu
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Appendici V −3 3 1 = Mv1 = 1 ,5
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Appendici L tot = Q tot = 47 kJ Ese
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Appendici Esercizio 2.5 V 1 ⎛ 0.1
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T p 3 1−k k 3 = T p 2 1−k k 2 R
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Appendici Esercizio 2.17 T [°C] p
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Appendici t E ⎛ − ⎞ i( t) =
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Appendici Capitolo 4 Esercizio 4.1
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Appendici G ( s 2 GT ( c W = W ' t
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h − h η = ⇒ h = h −η h −
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Appendici In seguito all’espansio
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Appendici La portata massica (che r
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T G ( h − ) R 4 = T3 − ⋅ 2 h1
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Appendici 2 D Q = Aw = H πw 4 Da c
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Appendici Esercizio 5.6 −3 D = 20
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Appendici 4Q w = = 2, 21 m s D 2 H
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L’equazione di Bernoulli si può
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64 λ = c = = 0.1 Re 636 le perdite
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Appendici W ′ = G ⋅ e p L’ene
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Appendici cp ⎧ R ⎪ T2 p ⎛ 2 T
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Appendici h ≅ 4. 2T La variazione
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( a ) W c, min = G a f , i − f ,
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Appendici La potenza meccanica svil
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Appendici • il lavoro della turbi
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η = ( h − h4 ) − ( h2 − h1 )
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Appendici l’allievo può verifica
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Appendici ( − T ′′ ) quindi p
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Appendici dove 1 ⎛ 1 s 1 ⎞ 1 Rt
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Appendici WT Ts = + Ta = 53.2°C h
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Appendici a. il valore di T2; b. il
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Appendici punto 4: p 4 = 1 bar, T 4
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Appendici variazioni di energia cin
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Appendici ESERCIZIO C.13 (1996, gru
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Appendici pressione. Tutti i compon
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Appendici la tubazione può essere
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Appendici Soluzione La conduttanza
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Appendici 5. la potenza meccanica a
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Appendici W ' m = G ( h −h2 ) = G
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Appendici coefficiente di dilatazio
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Appendici mentre il termine di irre
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Appendici Soluzione (redatta da N.F
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Appendici G 6 = G 1 e per il bilanc
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Domanda 2: La potenza resa dalle po
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Appendici 1. la portata di vapore n
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Appendici Dove, essendo il moto lam
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Appendici alimenta la turbina, punt
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Appendici • proprietà fisiche de
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Gc 1 2 Gr 4 5 A C B Gs 6 Soluzione
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Appendici punto pressione temperatu
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Appendici h ac 2 wAB w (1 0.5) (0.7
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Appendici 4 A 4Gv 4 D = 4 π = w π
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Appendici La potenza erogata dalla
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• portata volumetrica di fluido i
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SOLUZIONI I valori numerici sono ot
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PROBLEMA 3 Domanda 1: Dalle tabelle
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