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Termodinamica e trasmissione del calore

Marcello Massetti

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Calore ed energia

• Per parlare di calore ed energia e dei fenomeni che interessano questo corso, occorre definire alcuni parametri:

• Il calore e la temperatura sono collegati tra loro e si definiscono l’uno rispetto all’altro, infatti il calore è il flusso di energia che si scambia tra due corpi a diversa temperatura, la temperatura è la misura del livello di calore di un corpo.

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Definizione di temperatura.

• La temperatura è un indice dello stato termico dei corpi che descrive l'attitudine di questi a cedere o ad assorbire calore.

• Si misura in gradi Celsius (°C) o, nei Paesi anglosassoni, in gradi Fahrenheit (°F).

• La temperatura assoluta, che assume come origine la temperatura più bassa immaginabile, ma irraggiungibile (zero assoluto), si misura nel Sistema Internazionale (SI) in kelvin (K). Nella scala Kelvin lo zero assoluto corrisponde a -273,15°C e indica un’energia d’agitazione termica nulla.

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Calore specifico e potere calorifico

• Il calore specifico di un corpo è definito come la quantità di calore necessaria per innalzare di 1°C la temperatura di 1 Kg di massa del corpo stesso; èquindi una grandezza propria del corpo, e dipende dal materiale.

• Il potere calorifico di un combustibile è il calore prodotto dalla combustione di 1Kg ( o 1 metro cubo ) dello stesso. Si misura attraverso appositi apparecchi chiamati Calorimetri.

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Combustione

• La combustione è una reazione chimica che avviene tra un combustibile e l’ossigeno, e produce energia termica.

• La capacità di produrre più o meno energia nel processo da parte del combustibile usato viene definita tramite il potere calorifico; superiore se si considera anche l’energia liberata dalla vaporizzazione dell’acqua ( difficile in campo tecnico ), inferiore se questo viene perso.

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Combustione

• La combustione avviene grazie alla presenza di ossigeno, ed avviene normalmente in aria ( che ne contiene circa il 23% ).

• Si parla quindi di aria teorica, ovvero la quantitàminima di aria affine possa avvenire la combustione. Normalmente si lavora in “eccesso di aria”, ovvero con una quantità superiore alla minima, per garantire che la combustione sia completa.

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Calorimetri A) ad acqua B) a ghiaccio

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Sistema termodinamico

• Un sistema termodinamico è una porzione di spazio materiale, separata dall’ambiente mediante una superficie di controllo (o confine) reale o immaginaria.

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Sistema termodinamico

• Nel sistema possono avvenire trasformazioni e scambi( sia di energia che di materia)sia internamente che verso l’ambiente esterno.

• L’energia posseduta dal sistema prende il nome di energia interna ed è una grandezza variabile nel tempo; infatti si considera sempre un preciso istante nel definire un livello energetico.

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Energia meccanica

• Per energia meccanica si intende la somma di energia cinetica ed energia potenziale.

• L’energia cinetica è l’energia associata alla massa e alla velocità di un corpo in movimento; èil lavoro che si deve compiere su un corpo di massa m, inizialmente fermo, per portarlo ad una certa velocità assegnata.

• L’energia potenziale è l’energia posseduta da un corpo o da un sistema in funzione della sua posizione.

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Stati di aggregazione della materia• Lo stato di aggregazione è una classificazione della

materia in base alle sue proprietà. Gli stati principali sono solido, liquido e gassoso.

• Allo stato solido le forze di aggregazione della materia sono elevate e consentono solo moti vibrazionali. Di solito le molecole si dispongono in un reticolo cristallino oppure in maniera amorfa.

• Allo stato liquido le forze si fanno meno intense ed il liquido tende ad assumere la forma del recipiente nel quale è contenuto.

• Allo stato gassoso non ci sono forze di aggregazione rilevanti, le molecole tendono ad occupare tutto il volume disponibile, risultando così comprimibili.

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Stati di aggregazione della materia

• Scambiano energia con l’esterno la materia cambia stato di aggregazione; avvengono quindi i passaggi di stato.

• Analizziamone ad esempio due, importanti per la climatizzazione:

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Stati di aggregazione della materia

• Vaporizzazione e condensazione sono due passaggi di stato tra liquido e gassoso.

• Entrambi avvengono a temperature e pressioni costanti, ma con scambio di calore, quindi di energia.

• Nella vaporizzazione devo fornire calore al liquido per far avvenire il passaggio, nella condensazione è invece il gas, trovandosi ad un livello energetico superiore, che cede calore per liquefarsi.

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Il vapor d’acqua

• Come abbiamo già detto, la vaporizzazione di un liquido avviene a pressione e temperatura costanti.

• Immaginiamo di voler vaporizzare acqua; questa, affinché inizi il processo, deve trovarsi ad una temperatura e pressione prestabilita.

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Il vapor d’acqua

• In queste condizioni, tutto il calore fornito all’acqua servirà per la vaporizzazione, fino a che questa non diventerà interamente vapore ( vapore saturo secco ). Il calore fornito prenderà il nome di calore di vaporizzazione.

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Il vapor d’acqua

• Se dopo la completa vaporizzazione continuo a fornire calore, otterrò un vapore surriscaldato e dovrò prestare attenzione a come avverrà il processo di trasformazione ( se a pressione o volume costante ).

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Il vapor d’acqua

• Se invece fornisco meno calore del necessario alla vaporizzazione, otterrò un miscuglio di aria con particelle di acqua all’interno ( vapore saturo umido )e si parlerà di titolo di vapore saturo umido per indicare la massa di vapore saturo secco contenuta in un Kg di vapore saturo umido, ovvero la quantità reale di acqua che vaporizza.

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Il vapor d’acqua

• La forza agente sul cilindro, determinata dalla pressione di vapore che agisce sulla superficie del pistone, provoca lo spostamento ds.

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Leggi dei gas

• Il comportamento dei gas è definito dalle due leggi di Gay Lussac, a seconda che la trasformazione avvenga a pressione o volume costante.

• Le due leggi si possono infine racchiudere in una formula, chiamata equazione di stato dei gas perfetti

PV = nRT

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Leggi dei gas

• Gas perfetto• E’ un gas che rispetta l’equazione

pV = nR T ,dove p è la pressione, V è il volume, n è numero di moli, T è la temperatura assoluta(K), R è la costante universale dei gas perfetti(R = 8.314 J/K*mol).

• Si dimostra (sperimentalmente e teoricamente) che l’energia interna U di un gas perfetto dipende solo dalla temperatura T.

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Leggi dei gas

• Per gas perfetto si intende un gas dove il volume delle molecole che lo compongono e gli urti che avvengono tra le molecole stesse sono trascurabili.

• Quando si lavora con gas reali, l’equazione di stato deve essere modificata con dei fattori che considerino tali aspetti.

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Principi della termodinamica

• Principio Zero• Questo principio dice che se ci sono due corpi, A e

B, entrambi,in equilibrio termico ( stessa temperatura) con un terzo corpo C, allora lo sono anche tra di loro.

• Altro modo di esprimere questo principio, diretta conseguenza di quanto appena detto, è che il calore passa spontaneamente da un corpo caldo ad uno freddo fino alla condizione di equilibrio.

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Principi della termodinamica• Primo principio:• Il primo principio della termodinamica è fondamentale

perché mostra l’equivalenza tra lavoro e calore come forme di energia.

• Per enunciare il primo principio ci occorre ricordare due postulati fondamentali della fisica, ovvero che l’energia nési genera, né si distrugge, ma può solo essere trasformata.Da questi due enunciati, si deduce che in un sistema isolato, ovvero privo di scambi di massa ed energia verso altri sistemi ( sistema ambiente compreso), l’energia interna al sistema (U) si conserva.

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• Prendiamo ora in considerazione un sistema chiuso, cioè che non scambia massa con l’esterno.

• In questo sistema l’energia interna del sistema varia in base al calore ed al lavoro ceduto e/o acquisito dall’esterno.

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• I segni di Q ed L sono stabiliti per convenzione, ovvero il calore ceduto all’esterno risulta negativo, acquisito dall’esterno positivo; viceversa per il lavoro.

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Principi della termodinamica• Secondo principio:• Sono molte le formulazioni del secondo principio, il quale

introduce il concetto di irreversibilità delle trasformazioni( e quindi il concetto di entropia).

• È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di trasferire calore da un corpo piùfreddo a uno più caldo (formulazione di Clausius).

• È impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la trasformazione in lavoro di tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea (formulazione di Kelvin-Planck).

• Non è possibile - nemmeno in linea di principio -realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100%.

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• In definitiva, con il secondo principio si può affermare che una macchina termica che opera secondo il ciclo di Carnot( ciclo a massimo rendimento, che vedremo più avanti)non potrà mai avere rendimento unitario, e il rendimento massimo lo si avrà in condizioni di reversibilitàdel ciclo stesso. Tutti gli altri cicli irreversibili avranno un rendimento minore e la perdita saràdovuta ad un aumento di entropia.

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• Terzo principio:• è impossibile raggiungere lo zero assoluto (0K),

ovvero il rapporto tra calore assorbito e calore ceduto per una macchina frigorifera non sarà mai nullo.

• Questo è un principio dimostrabile attraverso il secondo, ma è inutile approfondire l’argomento in questa sede, limitiamoci a conoscerne l’esistenza.

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Entalpia ed entropia

• Entalpia ed entropia sono due funzioni di stato, ovvero funzioni delle variabili di stato che descrivono gli stati di equilibrio di un sistema termodinamico. Fisicamente, tale funzione ha la proprietà di dipendere solo dallo stato di equilibrio in cui si trova il sistema, indipendentemente dal percorso intrapreso dal sistema per raggiungere questo stato.

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Entalpia• L’entalpia H è legata all’energia interna di un sistema ed al

prodotto pressione e volume del sistema; esprime la quantità di energia che un sistema termodinamico può scambiare con l’ambiente.

• Per le trasformazioni che avvengono a pressione costante in cui si ha solo lavoro di tipo meccanico la variazione di entalpia è uguale al calore scambiato dal sistema con l'ambiente esterno.

• Per le trasformazioni che avvengono sia a pressione che a volume costanti, la variazione di entalpia coincide sia col calore (Q) che con la variazione di energia interna (ΔU) che si è avuta durante il processo.

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Entalpia e primo principio

• Ricordando l’espressione del primo principio:

e quella di entalpia:

si può esporre il primo principio in questo modo(indicando con Wu il lavoro utile e con la lettera d una variazione infinitesima):

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Entropia• Per descrivere cosa è l’entropia bisogna immaginare un

sistema ordinato che passa in uno stato disordinato(esempio ghiaccio che fonde). Questa trasformazione avviene con aumento di entropia.

• Dunque l’entropia è definibile come lo stato di ordine di un sistema. È legata alla temperatura e alla quantità di calore scambiato durante la trasformazione in maniera reversibile e a temperatura costante(esempio un passaggio di fase) dalla legge di Clausius

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Diagramma di Mollier• La relazione tra

entalpia ed entropia di una sostanza édescritta nel diagramma di Mollier.

• (Questo èriferito all’acqua)

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Trasformazioni termodinamiche dei gas

• Un gas subisce una trasformazione quando passa da uno stato iniziale ( ad una determinata T, V, P ) ad uno finale, con altre caratteristiche.

• La trasformazione viene rappresentata in un piano a due coordinate, di solito pressione e volume, e la curva che ne esce si chiama curva di trasformazione.

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Trasformazioni termodinamiche dei gas

• le trasformazioni possono essere infinite, ma alcune, rappresentate nel libro, sono di particolare interesse, poiché avvengono mantenendo una o più grandezze in gioco costanti:- isoterma, T costante- isobara, P costante- isocora, V costante- adiabatica, senza scambio di calore.

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Sequenza di trasformazioni a volume, pressione, temperatura costanti. L’ultima è una trasformazione

adiabatica.

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Cicli termodinamici

• Un ciclo termodinamico è una successione di trasformazioni termodinamiche, rappresentabili in un diagramma a due dimensioni, al termine delle quali esso ritorna allo stato iniziale.

• Un ciclo si dice reversibile se può essere percorso sia in senso orario che in senso antiorario, irreversibile viceversa.

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Cicli termodinamici

• Un ciclo reversibile raccoglie maggiore lavoro utile di uno irreversibile, e ogni ciclo è definito da un rendimento, dato come rapporto tra quantità di lavoro trasformato e quantità di calore disponibile all’inizio.

• L’area racchiusa all’interno del ciclo reversibile (nel diagramma P-V) rappresenta il lavoro prodotto dal ciclo; per il primo principio della termodinamica, questo deve essere uguale alla differenza tra calore entrante nel ciclo e quello uscente.

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Cicli termodinamici

• Il piano bidimensionale prende il nome di diagramma ed è differente a seconda delle grandezze che si indicano lungo gli assi cartesiani.

• il diagramma di clapeyron è quello che presenta i valori di pressione nelle ordinate e volume nelle ascisse;

• Il diagramma entropico ( o di Gibbs) temperatura ed entropia(nello stesso ordine del precedente);

• Il diagramma di Mollier, già visto in precedenza.

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Cicli termodinamici• Presentiamo ora il ciclo di Carnot, costituito

da due isoterme e due adiabatiche, ma anche altri cicli reversibili ( Otto, Diesel, Sabathè,Rankine) di grande interesse soprattutto in campo di macchine termiche.

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Ciclo di Carnot

• Il ciclo di Carnot è un ciclo ideale per trasformare in lavoro il calore disponibile da una sorgente a temperatura T1 costante.

• Questo ciclo è ideale, poiché è impossibile da realizzare( sia per il gas teorico che la stessa macchina teorica prevista dal ciclo), ma vuole dimostrare che in queste condizioni è possibile creare un ciclo completamente reversibile.

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Ciclo di Carnot

• È composto da due isoterme e due adiabatiche ed il lavoro prodotto è uguale al calore assorbito.

• Nella situazione enunciata, il rendimento del ciclo teorico è praticamente unitario.

• Ovviamente nel caso reale non potremmo avere mai rendimento unitario, poiché, data l’espressione del rendimento del ciclo:

ή = 1 – T2/T1ή = 1 solo se T2 = 0K, impossibile.

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Ciclo di Carnot

• Il rendimento del ciclo di Carnot è il piùalto realizzabile attraverso cicli semplici, quindi ogni macchina termica cercherà di utilizzare cicli che si discostino il meno possibile da esso.

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Ciclo termodinamico di Carnot

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Ciclo Otto• Il ciclo Otto, detto anche ciclo Beau de Rochas, è un ciclo

impiegato nei motori alternativi a combustione interna, in particolare nei motori alimentati a benzina.

• Nel diagramma P-V, il ciclo teorico(applicato ad un motore a scoppio) è così rappresentabile:

• una aspirazione a pressione ambiente (0-1); • una compressione adiabatica (1-2); • una combustione istantanea a volume costante (2-3); • una espansione adiabatica (3-4); • uno scarico iniziale a volume costante (4-1); • uno scarico a pressione costante che riporta il ciclo alla

posizione di partenza (1-0).

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Ciclo termodinamico Otto

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Ciclo Otto

• Il ciclo reale ovviamente si distacca da quello teorico, poiché tiene conto di ritardi ad anticipi nelle fasi di aspirazione e scarico e di processi di accensione non istantanei.

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Ciclo Otto reale

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Ciclo Otto

• Il rendimento del ciclo è dato dal rapporto tra lavoro prodotto e calore assorbito, che nel caso specifico diventa:

e considerando la reversibilità delle due trasformazioni adiabatiche, possiamo scrivere:

341

TT

23141

TTTT

QassL

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Ciclo Diesel

• Il ciclo Diesel è un ciclo termodinamico per motori a combustione interna, ma a differenza del ciclo Otto, l’accensione della miscela contenuta nel cilindro non avviene tramite scintilla, ma per autoaccensione provocata dall’innalzamento della pressione del carburante.

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Ciclo Diesel

• Le 4 trasformazioni di questo ciclo sono:• Trasformazione 1-2, trasformazione adiabatica in

compressione; • Trasformazione 2-3, trasformazione isobara, il

sistema assorbe calore dalla combustione; • Trasformazione 3-4, trasformazione adiabatica in

espansione; • Trasformazione 4-1, trasformazione isocora, il

sistema cede calore, liberando i gas di scarico.

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Ciclo termodinamico Diesel

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Ciclo Diesel

• Il rendimento del ciclo è definito dalla formula:

con • a rapporto volumetrico di combustione V3/V2;• r rapporto di compressione V1/V2• y rapporto tra il calore specifico della miscela

calcolato a pressione costante e a volume costante( Cp/Cv)

111

1

1 aa

r

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Ciclo termodinamico di Sabathé

• Questo ciclo è una fusione del ciclo Otto e di quello Diesel, e si avvicina molto al funzionamento reale di entrambe le tipologie di macchine. In questo ciclo la combustione avviene in due fasi, prima a volume costante e poi a pressione costante.

• Ovviamente nel ciclo reale non è così netta la distinzione tra le due fasi ed il grafico sarà piùsmussato( molto simile al diagramma reale del ciclo Otto).

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• Il rendimento ideale di questo ciclo è:

'' 3323

141211

TTCpTTCvTTCv

QQ

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Ciclo Rankine

• Il ciclo Rankine è un ciclo termodinamico diretto a vapore ed è composto da due trasformazioni adiabatiche e da due isobare.

• Il suo utilizzo principale è nelle centrali termoelettriche che producono energia elettrica con turbine a vapore.

• Uno studio più approfondito di questo ciclo deve essere anticipato da un corso di turbomacchine, turbine a vapore e di impianti di cogenereazione; èsufficiente per questo corso conoscere l’esistenza del ciclo relativamente ai suoi diagrammi.

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Concetto di rendimento• Il rendimento, qualsiasi sia il ciclo in

questione, è sempre espresso come rapporto tra energia/lavoro prodotti ed energia/lavoro fornita alla macchina.

• Poi, caso per caso, questo può essere espresso sotto forma di rapporto di calore o temperatura, ma la definizione generica èsempre valida.

• Il rendimento di una macchina reale, non può mai essere maggiore o uguale ad 1

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La trasmissione del calore

• In natura il calore si trasmette in tre modi:• Per CONDUZIONE;• Per CONVEZIONE;• Per IRRAGGIAMENTO.

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Conduzione

• La conduzione è un processo mediante il quale due corpi a contatto scambiano calore tra loro.

• È un processo di trasmissione tipico dei solidi ma in una visione microscopica riguarda anche liquidi e gas.

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Conduzione• La relazione fondamentale per il calcolo del flusso di

calore in caso di conduzione termica pura fu proposta da Joseph Fourier nel 1822:

dove:• Ø flusso, é la quantità di calore che fluisce nella direzione

x nell'unità di tempo (potenza)• λ (lambda) è la conducibilità termica, proprietà fisica della

materia• A è l'area della superficie normale a x attraverso la quale

fluisce il calore• dT/dx è il gradiente di temperatura nella direzione x.

dXdTA

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Conduzione

• In campo tecnico, soprattutto per la conduzione attraverso pareti, si usa l’espressione:

Ø = λ A (T2-T1)/L,dove L è lo spessore della zona di passaggio e T le temperature dei due corpi.

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Conduzione

• I valori di λ dipendono da molti fattori, tra cui il tipo di parete e la temperatura a cui èsottoposta.

• Per un calcolo accurato del calore trasmesso per conduzione occorre istaurare un processo iterativo, ma il più delle volte questo è superfluo, poiché ci si accontenta di valori di λ disponibili in apposite tabelle.

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Convezione

• La convezione è la modalità di trasporto del calore che si verifica tra una superficie solida e un fluido in moto che la lambisce.

• In queste condizioni si determina l’effetto combinato di trasporto di calore per conduzione e di movimento del fluido.

• Maggiore sarà la velocità del fluido e maggiore sarà il calore scambiato.

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Convezione

• La convezione può essere naturale o forzata, a seconda che il moto del fluido avvenga in maniera spontanea( secondo appunto moti convettivi) o sia generato da qualche macchinario(ad esempio un ventilatore).

• Un esempio di moto convettivo è quello generato dall’aria in un ambiente chiuso sottoposto a riscaldamento: l’aria più calda tenderà ad occupare la parte alta dell’edificio, spingendo in basso quella fredda. Questa viene riscaldata e ritorna verso l’alto, generando così un moto continuo.

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Convezione

• Il calore trasmesso per convezione si può calcolare con la seguente formula

• Q = h A (T2-T1)Con h coefficiente di convezione,A area della parete soggetta al fluido,T le temperature di fluido e parete.

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Convezione

• h dipende dal tipo di parete, dal tipo di fluido e dalle temperature in gioco, e valgono le stesse considerazioni fatte per λ; anche h è tabellato in appositi manuali tecnici.

• Vediamo ora come si muove il fluido vicino alla parete con la quale scambia calore.

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Convezione

• Lo strato più vicino alla parete si trova in una situazione di moto laminare, ovvero il fluido scorre lentamente e lungo la direzione della parete stessa.

• Questo fenomeno genera uno scambio di calore che non avviene più per convezione, ma per conduzione.

• Diventa quindi istintivo pensare che non si può parlare di trasferimenti di calore distinti, ma di uno unico che avviene grazie ad entrambi i sistemi.

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Convezione

• Lo strato prende il nome di strato limite ed il suo spessore dipende dalla velocità del fluido, dalla rugosità della parete e dalle temperature in gioco.

• Lo studio di trasmissione per convezione e conduzione è indispensabile per il calcolo del calore che si disperde dalle pareti.

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Irraggiamento

• Il miglior collegamento per capire cosa significa irraggiamento è pensare al sole, che con i suoi raggi irradia la Terra e i suoi abitanti apportando calore.

• Nell’irraggiamento il calore si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche, che si propagano e trasportano energia da un punto ad un altro.

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Irraggiamento

• Se un corpo è a temperatura superiore allo zero assoluto, la sua superficie emette radiazioni, prevalentemente concentrate tra le lunghezze d'onda di 0,1 e 100 µm.

• A differenza degli altri casi (conduzione e convezione) nei quali il flusso va dal corpo a temperatura superiore a quello a temperatura inferiore, nel caso dell’irraggiamento, due corpi che si “vedono” irraggiano calore l’uno verso l’altro.

Il calore netto trasportato è quindi dato dalla differenza dei due flussi e fluisce verso il corpo a temperatura minore

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Irraggiamento

• Il calcolo del calore trasmesso per irraggiamento èmolto importante nella stima del fabbisogno energetico di un edificio, per valutare gli apporti dovuti a:

• Le persone che abitano i locali, che emettono radiazioni più o meno “calde” a seconda dell’attività che stanno svolgendo;

• I raggi solari che penetrano all’interno dell’edificio e sul bordo esterno,

• Le radiazioni provenienti dai fornelli per la cottura dei cibi.

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Irraggiamento

• Il flusso di energia radiante emesso da un corpo in un intervallo di tempo stabilito (Δt) è dato dalla seguente legge:

E=εσT^4 A Δt (J)dove:• ε è l’emissività (o potere emissivo) del corpo• σ è la costante di Stefan-Boltzman, che vale

5,76*10^-8 J/sm^2K^4• A è la superficie del corpo.

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Irraggiamento

• ε è un valore che dipende dal materiale che viene irradiato, e varia anche in base alla temperatura radiante; ovviamente è un valore tabellato.

• L’emissività ha valori compresi tra 0 e 1.

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Irraggiamento

• Non tutta la parte di energia che investe un corpo viene però assorbita da esso, infatti parte dei raggi vengono riflessi e altra parte vengono ritrasmessi verso l’esterno dopo essere stati assorbiti dal corpo.

• Vale cioè la relazione:a + r + t =1

(considerando unitaria la somma dell’energia in gioco)

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Percentuali di energia riflessa, trasmessa e assorbita del sole

attraverso una parete

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Irraggiamento

• Si dice opaco un corpo per cui è a + r = 1 e t = 0;

• E’ invece definito trasparente un corpo per cui è t = 1 e a = r =0.

• Occorre ricordare però che i concetti di opaco e trasparente sono in stretta relazione con la lunghezza d’onda del raggio incidente.

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Trasmissione del calore attraverso pareti

• Lo scambio termico di due fluidi a temperature costanti ma differenti tra loro, separati da una parete solida, avviene per combinazione dei vari modi di trasmissione.

• Infatti, il fluido caldo trasmette calore alla parete per convezione ed irraggiamento, la faccia calda che ha ricevuto calore dal fluido lo trasmette alla faccia opposta per conduzione, l’ultima faccia lo ritrasmette al fluido per convezione.

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Trasmissione del calore attraverso pareti

• I contributi delle varie resistenze alla trasmissione ( resistenza a convezione, conduzione ed irraggiamento ) si sommano tra loro; il termine ottenuto si chiama resistività della parete ( R ). Il reciproco della resistività è la trasmittanza ( U ).

• Lo stesso identico processo si ripete per sequenze multiple di fluidi separati da parete, o pareti con intercapedini.

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Trasmissione di calore attraverso l’edificio

• L’isolamento termico negli edifici mira a limitare lo scambio di calore tra edificio ed ambiente.

• Per il calcolo della quantità di calore che entra o esce dall’edificio si fa riferimento allo scambio di calore tra due fluidi ( aria nel nostro caso ) separati da una parete.

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• Quindi, il calcolo si traduce in una valutazione della trasmittanza o della resistività della parete ( tetto, mura esterne..).

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• Ci sono valori di prima stima per quanto riguarda le trasmittanze dei più comuni materiali impiegati, riferite agli spessori, ma occorre effettuare un calcolo rigoroso di tutta la struttura esterna, sia perché la legge lo impone e sia perché ci possono essere tanti fattori che influenzano il passaggio ( vento, orientamento, presenza di angoli..).

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• Per non superare i limiti imposti dalle normative e limitare gli sprechi di calore in inverno e di aria fresca in estate, occorre installare nelle pareti uno strato di materiale coibentante, dello spessore adeguatamente calcolato.

• Uno spessore troppo sottile non risulterebbe utile al fine, uno troppo grande inciderebbe sui costi di installazione senza un corrispettivo miglioramento di isolamento.

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• Trasmittanza e resistività termica di una parete non sono i soli fattori da tenere in considerazione.

• Un parametro molto importante è l’ inerzia termica, che dipende dal peso della parete stessa, dallo spessore e dalla densità del materiale che la costituisce, ed esprime il tempo che la parete impiega ad essere riscaldata o raffreddata dopo uno sbalzo termico esterno o interno.

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• Per sbalzo termico si intende una brusca variazione della temperatura dell’aria ( interna o esterna ) dovuta al clima, all’escursione termica giornaliera o alla semplice apertura di finestre o porte.

• Pareti pesanti, che godono quindi di una elevata inerzia termica, svolgono la funzione di volano, ovvero immagazzinano energia termica quando questa è prodotta in eccesso e la restituiscono quando questa scarseggia.

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• L’installazione di una parete pesante ( in un edificio in costruzione )incide fortemente nei costi di materiale e installazione, ma riduce di molto i consumi di energia spesa per riscaldare o raffreddare l’interno, anche a parità di materiali coibentanti, proprio per le doti appena enunciate.

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