Fluidi per le macchine termiche

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1 Fluidi per le macchine termiche Prof. Piercarlo Romagnoni Dorsoduro Venezia

2 Le sostanze NaCl Solido forma e volume propri Na Cl - H 2 O + H Liquido volume propri, forma dell oggetto che contiene

3 Aeriforme né forma né volume proprio gli stati di equilibrio della sostanza e possono essere presentati in forma grafica, in tabelle, oppure ricavando da essi per regressione delle equazioni semiempiriche dette equazioni di stato. Tale presentazione dei punti in equilibrio di stato può essere fatta utilizzando un diagramma tridimensionale che riporti sui tre assi coordinati p, v, T

4 Gas ideale equazione di Clapeyron o equazione di stato del gas ideale Essa descrive il legame tra le grandezze di stato p, V, T di un gas a bassa pressione e assume la forma seguente: p V = n R* T n = numero di moli del gas R* = costante universale dei gas perfetti pari a 8314,3 [J/(kmol K)] pv m PM R * T pv * R PM T

5 sublimazione fusione vaporizzazione Stato solido solidificazione Stato liquido condensazione (vapore) liquefazione (gas) Stato aeriforme Ogni passaggio di fase è caratterizzato da scambio termico r = calore di vaporizzazione r H 2O =2500 kj/ kg Ogni passaggio di fase avviene a pressione p e temperatura q costante p = f (q) Per vaporizzazione H 2 O p = Pa; q = 100 C p = 2350 Pa; q = 20 C

6 P Solido e Solido-Liquido f c Solido - Vapore d j m i l Liquido - Vapore Linea tripla b h o Punto critico Vapore a Gas g k n T P e Solido f c d j i Solido - Vapore Liquido - Vapore Linea tripla b l m h o Punto critico Vapore Gas g k n T a V V a) diagramma di stato tridimensionale per una sostanza pura; b) diagramma di stato per una sostanza che aumento il volume specifico nella solidificazione.

7 S L S L Solido Pressione Punto Triplo S V L Liquido V Vapore Temperatura Punto critico Pressione Solido S V Punto Triplo Liquido L V Vapore Temperatura Punto critico Gas Diagramma di equilibrio p-t per una sostanza pura (a), per l acqua (b)

8 Diagrammi di stato Pressione Linee T costante Linee costante bar 221,2 bar 20 bar Linea sat. liquido Linee s costante bar Linea sat. vapore Temperatura/ K , X = 0,25 0,05 m 3 /kg 0,5 m 3 /kg X = 0,5 X = 0, Entropia specifica/ kj/kg K h 2700 kj/kg 0, bar Entalpia specifica/ kj/kg Punto critico Linea liquido saturato x 20 bar 350 bar 221,2 bar x = 0,7 500 C 200 C 100 C x = 0,9 x = 0,8 Linea vapore saturato Entalpia 1 bar Entropia specifica/ kj/kg K

9 sostanza [ C] [kpa] Idrogeno ,194 Ossigeno ,15 CO 2-56,4 520,8 Mercurio -30 0, H 2 O 0,01 0,6113 Argento 961 0,01 Punto triplo di alcune sostanze 1 bar = 100 kpa; 1 kpa = 0,01 bar

10 I freon ovvero i fluidi frigorigeni 1887 la ghiacciaia è sostituita dai frigoriferi Utilizzavano SO 2 (tossico) e cloruro di metile (infiammabile) Problemi: la regolazione il motore elettrico per movimentare il compressore Nel 1932 T. Midgeley brevetta i freon Nel 1944 in quasi il 75% delle case USA c era il frigorifero Cl F C Cl F

11 I FREON CFC causano la distruzione dello strato di O 3 bando dal 2003 La loro produzione sarà completamente eliminata dal 2010 HCFC la loro produzione come refrigeranti sarà bandita dal 2030 (2040 nei paesi in via di sviluppo) HFC causano effetto serra, ma la loro produzione non è regolata dal protocollo di Montreal (16 Sept. 1987)

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18 Frigoriferi domestici: flussi termici Tipiche prestazioni (-18 C 32 C) termoelettrico 0,09 W /W assorbimento 0,44 W/W compressione 1,3 W/W

19 Le indicazioni per un risparmio dei consumi prevedono: - aumento delle prestazioni del compressore (EER = 5,45) - ventilatori per aumentare l efficienza dell evaporatore; - aumento dell efficienza dei motori elettrici del condensatore e dell evaporatore (assorbimento elettrico 4,4 W circa); - controllo dello sbrinamento; - miglioramento delle guarnizioni; - aumento delle superfici di scambio di condensatore e dell evaporatore Inoltre si prevede l aumento di 2,54 cm (1 in) di spessore per l isolante o l uso di pannelli con strato sottovuoto