Studio geotecnico e termico di un impianto geotermico a sonda ...

24 Introduzione alla trasmissione del calore
(e irraggiamento) e al movimento delle particelle fluide.
• conduzione: è uno scambio di energia per interazione diretta tra le molecole di un mezzo
in presenza di gradienti di temperatura. Si verifica nei gas, nei liquidi e nei solidi e ha
una base teorica fondata sulla teoria cinetica molecolare.
• irraggiamento: è un trasferimento di energia termica sotto forma di onde elettromagnetiche
emesse in conseguenza della agitazione atomica alla superficie di un corpo. Come
tutte le onde elettromagnetiche si propaga alla velocità della luce, passando attraverso il
vuoto o attraverso gas quasi trasparenti come ossigeno e azoto (lavori di Maxwell e di
Planck).
• Convezione: può esser descritta come fenomeno di trasporto di calore in un fluido dovuto
all’azione combinata della conduzione termica (radiazione) e del movimento del
fluido.
Questa modalità di scambio termico trova numerose applicazioni e presenta una certa
complessità risultando influenzata da molti parametri come la geometria, le proprietà del
fluido, il regime di moto, ecc...
2.2 Principi della termodinamica e le leggi della conservazione
Il primo e il secondo principio delle termodinamica posso essere formulati in riferimento
al concetto di sistema (definita quantità di materia limitata da una superficie chiusa reale e/o
immaginaria), sia al concetto di volume di controllo (definita come regione dello spazio il cui
confine è attraversato dai flussi di massa, di energia e di quantità di moto).
Il primo principio stabilisce che la variazione nel tempo dell’energia totale (E) di un sistema è
uguale alla somma degli scambi di calore (Q) e lavoro (L) effettuati dal sistema con l’ambiente
circostante nello stesso tempo. Si fa riferimento alla convenzione di ritenere positivo il calore
ricevuto dal sistema e negativo il calore fatto su di esso, la precedente formulazione si esprime:
dE
dτ = δQ
dτ − δL
dτ
In molte applicazioni lo scambio termico riguarda sistemi con baricentro fermo e lavoro scambiato
trascurabile.
Per essi la 2.1 diventa:
dU
dτ = δQ
dτ = q
Essendo U l’energia interna del sistema e q il flusso termico scambiato.
Per un generico volume di controllo (c.v), delimitato da una superficie (c.s), l’espressione
del primo principio, in condizioni di regime permanente, a basse velocità e in assenza di
componenti di lavoro può essere scritta più convenientemente nella forma:
∫
− q ′′· ∫
n dA= h ρ V·n dA (2.2)
(c.s) (c.s)
(2.1)