Impianti di Propulsione Navale -...

A/A 2011/12

corso di:

Impianti di Propulsione Navale

richiami di termodinamica e macchine

Richiami di termodinamica e macchine

a) sistema isolato

b) sistema rigido

c) sistema adiabatico

Sistema chiuso

IPN027


Sistema aperto

IPN028

I principi termodinamica sono in alcuni casi del tutto empirici ed in altri si dimostrano sulla base di quelli empirici

Il valore delle variabili di stato dipende dallo stato attuale e non dalla storia delle trasformazioni

Il Principio zero della termodinamica definisce la variabile di stato temperatura


IPN029

Le variabili il cui valore dipende dalla massa del sistema osservato si dicono estensive, quelle indipendenti dalla massa si dicono intensive; le variabili (intensive) ottenute da quelle attraverso il rapporto tra una variabile estensiva ed una massa o un volume, si dicono specifiche

Le trasformazioni di cui è oggetto un sistema sono generalmente rappresentabili sui vari piani termodinamici di cui sono coordinate le variabili di stato

Una trasformazione è quasi statica se il sistema muta il proprio stato passando per stati infinitamente vicini tra loro; una trasformazione quasi statica può essere rappresentata in tutti i suoi passaggi.

Una trasformazione non quasi statica non può essere definita in tutti gli stati percorsi ma soltanto attraverso i valori iniziale e finale delle variabili


IPN030

Le trasformazioni quasi statiche sono rappresentabili con le curve delle trasformazioni


IPN031

F forza esercitata dal gas sul pistone

p pressione del gas

A area del pistone

ApF =

in una trasformazione infinitesima relativa ad uno spostamento infinitesimo dx del pistone si avrà un lavoro infinitesimo:

dxApdxFL ==∂

dxAdV =

dVpL =∂


IPN032

F forza esercitata dal gas sul pistone

p pressione del gas

A area del pistone

ApF =

nella trasformazione finita relativa a tutto lo spostamento del pistone tra i volumi V1 e V2 il lavoro scambiato varrà:

∫=2

1

2,1

V

V

dVpL


IPN033

∫ ==B

A

LdVpBAAREA 2,112


IPN034

III

B

AII

B

AI

B

A

dVpdVpdVp

<

<

∫∫∫

1

p

1

2

p

V

1

2 2

A BVV

p

A B A B

I II III


IPN035

Il Primo Principio della termodinamica definisce la variabile di stato energia interna

2,12,112 LQUUU −=−=∆

∑∑ −=∆ LQU

In termini generali:

e, per trasformazione ciclica:

0=∆U


IPN036

Il Primo Principio della termodinamica definisce la variabile di stato energia interna


dvpduQ +=δ

pvuh +=

dvpduQ +=δ dpvdh −=

in termini differenziali:

Variabile di stato entalpia

IPN037


calore specifico

T

Qc

δδ=

a pressione costante a volume costante

pp T

Qc

δδ=

vv T

Qc

δδ=

pT

h

∂∂=

vT

u

∂∂=

( ) dTccdudh vp −=− ( )vpddudh +=

( ) ( ) dTccpvd vp −= ( ) dTRpvd =

vp ccR −=v

p

c

ck =

IPN038


Trasformazioni politropiche(c = cost lungo la trasformazione)

p

v

m=1m>k m=k m=±inf

m=0

pvm=const

cost=mvp

dvpduq +=∂dpvdhq −=∂

dvpdTcdTc v +=dpvdTcdTc p −=

dvp

dpv

cc

cc

v

p −=−−

m= (indice della politropica)

IPN039


Trasformazioni politropiche(c = cost lungo la trasformazione)

p

v

m=1m>k m=k m=±inf

m=0

pvm=const

cost=mvp

0=+p

dp

v

dvm

1−−=

m

kmcc vintegrando:

e se il fluido è un gas perfetto: TRvp =

constvT m =−1 const

p

T

m

m =−1

IPN040

Il Secondo Principio della termodinamica definisce la variabile di stato entropia


T

QdS

δ=

in termini differenziali:

Enunciato di Kelvin-Planck – è impossibile realizzare una trasformazione che abbia come unico risultato l’assorbimento di calore da una fonte e la sua conversione integrale in lavoro

Enunciato di Clausius – è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia far passare del calore da un corpo più freddo ad un corpo più caldo

IPN041

Il Secondo Principio della termodinamica definisce la variabile di stato entropia


T

s

m=1

m>km=k m=±inf

m=0

pvm=const

IPN042

Ciclo di Carnot(piano p,v)


1Q

Lu=η1

21

QQQ −=

1

21QQ−=

1

21T

T−=

T1=const

T2=const

Q1= L3,4L2,3

p

v

2

1

3

4

Q2= L1,2

L4,1

IPN043

Ciclo di Carnot(piano T,S)


1Q

Lu=η1

21

QQQ −=

1

21QQ−=

1

21T

T−=

T

s

2 1

3 4T1

T2

s1 s2

Q1= L3,4

L4,1

Q2= L1,2

L2,3

IPN044

Ciclo di Carnot(piano T,S - esempio)


1Q

Lu=η1

21

QQQ −=

1

21QQ−=

1

21T

T−=

IPN045


IPN046

ic

Bg Hm

P&

=ηRendimento globale

Rendimento di combustioneic

b Hm

Q&

&1=η

Rendimento limite (fluido reale e macchina ideale)1Q

Pll &

=η

Rendimento interno (macchina reale)l

ri P

P=η

Rendimenti di un impianto motore

Rendimento meccanicor

Bm P

P=η

milb ηηηη ⋅⋅⋅=Rendimento globaler

m

l

rl

icg P

P

P

P

Q

P

Hm

Q ⋅⋅⋅=1

1

&&

&

η


IPN047

Consumo specifico di combustibile

==kWh

g

J

g

P

mcSFOC

B

cs ;

&

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