Prof. Piercarlo Romagnoni

Dorsoduro 2206 – 30123 Veneziapierca@iuav.it

Fluidi per le macchine termiche

Le sostanze

Cl

Na

NaCl Solidoforma e volume propri

H2O

-

+ H

Liquidovolume propri, forma dell’oggetto che contiene

Aeriformené 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

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)]

TRPM

mVp * T

PM

Rvp

*

sublimazione

Stato solido

Stato

liquido

Stato

aeriforme

fusione

solidificazione

vaporizzazione

condensazione

liquefazione (vapore)

(gas)

Ogni passaggio di fase è caratterizzato da scambio termicor = calore di vaporizzazione r H2O =2500 kJ/ kg

Ogni passaggio di fase avviene a pressione p e temperatura qcostante

p = f (q)Per vaporizzazione H2O p = 101325 Pa; q = 100°C

p = 2350 Pa; q = 20°C

g Solido - Vapore

Gas

m o

f j

d

P

e

Solido

c

i Liquido - Vapore

Linea tripla

b

h n

T

a

V

k

Vapore

Punto critico

l

b

e

k

i

h

V

Solido - Vapore T a

n

g

Gas

Punto critico

P

Solido

Soli

do-L

iqui

do

d

f j m o

l

Vapore

Liquido - Vapore

c Linea tripla

a) diagramma di stato tridimensionale per una sostanza pura; b) diagramma di stato per una sostanza che aumento il volume

specifico nella solidificazione.

Temperatura V

S

Pre

ssio

ne

Solido

Liquido

Vapore

Gas

L V

S L

Punto critico

S

Temperatura

Pre

ssio

ne

Punto Triplo

Punto critico

Solido

Liquido

S L

Vapore

L V

V

Punto Triplo

Diagramma di equilibrio p-T per una sostanza pura (a), per l’acqua (b)

350

bar

221,

2 ba

r

20 b

ar

1 ba

r

250 273,16

300

350

450

400

500

750

800

650

700

550

600

Tem

pera

tura

/ K

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Entropia specifica/ kJ/kg K

X =

0,2

5

X =

0,5

X =

0,7

5

0,5 m3/kg

0,05 m3/kg

0,00

6 1

12 b

ar

h 2700 kJ/kg

Pre

ssio

ne

Entalpia

Linee T costante Linee costante

Linee s costante

Lin

ea s

at. l

iqui

do

Linea sat. vapore

x

Linea vapore saturato

2 4 6 8 10 0

500

1000

1500

2000

2500

4000

3500

3000

Entropia specifica/ kJ/kg K

Ent

alpi

a sp

ecif

ica/

kJ/

kg

Punto critico

Linea liquido saturato

500 °C

200 °C

100 °C

x = 0,9

x = 0,8

x = 0,7

1 bar

20 bar

221,

2 ba

r

350

bar

Diagrammi di stato

sostanza [°C] [kPa]

Idrogeno -259 7,194

Ossigeno -219 0,15

CO2 -56,4 520,8

Mercurio -30 0,00000013

H2O 0,01 0,6113

Argento 961 0,01

Punto triplo di alcune sostanze

1 bar = 100 kPa; 1 kPa = 0,01 bar

I freon ovvero i fluidi frigorigeni…

1887… la ghiacciaia è sostituita dai frigoriferi

Utilizzavano SO2 (tossico) e cloruro di metile (infiammabile)

Problemi: la regolazioneil 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

F

CCl F

Cl

I FREON

CFC causano la distruzione dello strato di O3 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)

Frigoriferi domestici: flussi termici

Tipiche prestazioni (-18°C ÷ 32°C)termoelettrico 0,09 W /Wassorbimento 0,44 W/Wcompressione 1,3 W/W

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