La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1 Processi e Tecnologie Classi Quarte Tecnico Chimico Biologico IPSS Galilei - Oristano Anno Scolastico 11/12 Professor Luciano Canu Lo scambio termico.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1 Processi e Tecnologie Classi Quarte Tecnico Chimico Biologico IPSS Galilei - Oristano Anno Scolastico 11/12 Professor Luciano Canu Lo scambio termico."— Transcript della presentazione:

1 1 Processi e Tecnologie Classi Quarte Tecnico Chimico Biologico IPSS Galilei - Oristano Anno Scolastico 11/12 Professor Luciano Canu Lo scambio termico

2 2 Equazioni Il perito chimico deve saper impostare e risolvere problemi di natura chimica e tecnica Oltre alle normali equazioni termodinamiche possono essere utilizzate anche le Equazioni di bilancio Equazioni di trasferimento

3 3 Equazioni di bilancio Si basano sui principi di conservazione della massa conservazione dellenergia servono per determinare… portate composizioni Temperature …delle correnti che entrano in gioco in un determinato sistema

4 4 Sistema Un sistema è una porzione di universo… Delimitata Messa sotto osservazione, studiata, controllata Per esempio può essere: Reattore Serbatoio Condotta Scambiatore Evaporatore Universo Sistema

5 5 Scambi del sistema Universo Sistema materia energia aperto energia chiuso isolato materia energia

6 6 Bilanci di massa Un serbatoio può costituire un sistema aperto se scambia materia ed energia con lesterno, ad esempio un liquido tramite delle tubazionisistema aperto Se il volume di liquido rimane costante allora il sistema è in regime stazionario ; regime stazionario F in = F us Ma quando il livello interno cambia le due portate non si equivalgono F in F us serbatoio F us F in Portata EN – Portata US = 0

7 7 Regime dinamico In regime dinamico:regime dinamico Portata en - Portata us = Accumulo Accumulo indica una variazione del volume di un liquido nellunità di tempo (V/t): Accumulo = V/ t Nel bilancio di massa possiamo sostituire la quantità di materia con il volume? In quali casi? Perché? V = V f - V i t = t f - t i

8 8 Esercizi (pg 5 - n. 1 e 2) In una vasca da bagno della capacità di 200 litri entra una portata di acqua di 20 litri/min. La vasca non è tappata e si avrà una portata in uscita di 15 litri/min. Quanto tempo impiegherà la vasca a riempirsi? (R. 40 min) P EN – P US = (20 – 15)L/min = 5 L/min Accumulo = 5 L/min = V/ t t = V/Accumulo t = 200 L / 5 (L/min) = 40 min

9 Esercizi (pg 5 - n. 2) Un serbatoio cilindrico verticale con diametro di 4 m contiene del liquido fino a 2 m. Si immette una portata di 100 litri/min. mantenendo la valvola di uscita chiusa. Determinare quanto tempo occorrerà per raggiungere il livello di 4 metri R. 251,32 min 9 2m4m V

10 10 Bilanci di massa con più componenti Spesso si devono studiare sistemi complessi con più di un componente come soluzioni, miscele di liquidi e/o di gas, e sistemi in cui avvengono reazioni chimiche; Es. Un miscelatore di calce è alimentato con una portata di acqua industriale di 0,4 m 3 /h ed una di calce di 100 kg/h. Determinare la portata uscente e la concentrazione % in peso della calce supponendo il miscelatore in regime stazionario. (R. 500 kg/h; 20%) miscelatore

11 11 Impostare la soluzione Acqua 0,4 m 3 /h Calce 100 kg/h Soluzione kg/h ? m 3 /h ? Concentrazione in peso? C%(m/m) = m soluto /m soluzione

12 12 Bilancio con reazioni Bisogna tenere conto anche delle specie che scompaiono (reagenti) e che si formano (prodotti) Portata EN – Portata US + Generazione – Scomparsa = Accumulo Generazione è la quantità di una sostanza generata nellunità di tempo Scomparsa è la quantità di una sostanza consumata nellunità di tempo La relazione è valida se si esprimono le moli dei componenti; Generazione e scomparsa sono nulli se il bilancio è espresso con le masse Bisogna conoscere la stechiometria della reazione

13 13 Bilanci di energia Lequazione generica per un bilancio energetico: E en /t - E us /t = Accumulo di energia Le forme di energia in gioco sono due: energia associata alla massa: cinetica, potenziale, interna ecc. energia scambiata con lambiente: calore, lavoro, radiazione elettromagnetica

14 14 Lo schema dei flussi energetici Possiamo riscrivere i termini che contribuiscono allAccumulo di energia nellunità di tempo nel sistema: E entrante - E uscente + C scambiato - L effettuato Il lavoro (L) effettuato dal sistema è considerato positivo Il calore (C) assorbito dal sistema è considerato positivo accumulo lavoro calore E entrante E uscente

15 15 Il calore specifico (C p ) E essenziale: nel bilancio energetico nello scambio termico DEFINIZIONE: C P = Calore/(Massa Aumento di Temperatura) è il calore necessario ad innalzare di un °C un kg di una determinata sostanza

16 16 Applicazioni del C p Esempio 1.5 pg 12 Determinare il calore necessario per riscaldare da 20 a 60 °C 20 kg di acqua. Dati a disposizione: Massa = ? a T = ? Cp = 1 (kcal/ kg °C) NB: Il calore specifico dell'acqua liquida si può ritenere, con buona approssimazione, costante.

17 17 Alcune semplificazioni Il Calore specifico può essere riferito a processi in cui il calore viene scambiato a pressione costante (C p ) o a volume costante (C v ); C p e C v sono circa uguali per liquidi e solidi e per questi motivi ci riferiremo sempre ai calori specifici a pressione costante; Il calore specifico dipende teoricamente sia dalla temperatura che dalla pressione, ma l'influenza di quest'ultima e trascurabile, soprattutto per liquidi e solidi. Anche per piccole variazioni della temperatura i C p possono essere considerati costanti.

18 18 Esercizio 1.6 pg 13 Una cella frigorifera di un centro commerciale per prodotti ortofrutticoli viene utilizzata per conservare mele a 4 °C. Determinare il calore da sottrarre ad un carico di 3 quintali di mele che viene introdotto nella cella alla temperatura di 20 °C. Il calore specifico delle mele e Cp = 1,3 kcal/kg °C. Dati a disposizione: Massa = 3 quintali = ? Differenza di temperatura ΔT = ? Cp = ?

19 19 Riprendiamo i bilanci energetici Il bilancio di energia nella sua forma più semplice, in regime stazionario, sarà: E entrante - E uscente + C scambiato - L effettuato = Accumulo In casi di solo scambio di calore in regime stazionario, sarà: Ct en - Ct us + Calore scambiato = 0 Ct = contenuto termico

20 20 Contenuto termico (H) Definizione: è la quantità di calore necessaria per innalzare da 0°C fino alla temperatura T una certa massa di sostanza; Corrisponde allentalpia (H); Varia con lo stato fisico della sostanza; Si misura in kcal o in Joule

21 21 Esercizio 1.7 e 1.8 a pg 14 Calcolare il contenuto termico di 1 kg di acqua alla temperatura di 80°C. Determinare il contenuto termico di 10 kg di benzene alla temperatura di 60°C (n. 23 nella tabella).

22 22 Esercizio (schede fisica 2°p pg 61) Sapendo che il calore specifico dellacqua è pari ad 1 kcal/(kg°C), qual è laumento di temperatura di 20 litri dacqua che si trovano a 20 °C e ai quali vengono fornite 100 kcal di calore? R.(5 °C)

23 23 Applicazioni dei trasferimenti di calore Due liquidi di massa M 1 e M 2 Si trovano alle temperature T 1 e T 2 Vengono miscelati e raggiungono la temperatura T e In assenza di dispersioni allesterno H i = H f Energia (M 1 + M 2 ) i = Energia (M 1 + M 2 ) f allora M 1 C p1 (T 1 - T f )= M 2 C p2 (T f - T 2 ) Bilanci denergia

24 24 Esercizio n 1.10 pg 16 In una vasca da bagno sono stati miscelati 50 litri di acqua a 60 °C e 30 litri di acqua a 18 °C Qual è la temperatura finale dellacqua nella vasca? R.(44,25 °C)

25 25 Esercizio n 1.9 pg 15 Il contenuto termico ad una certa temperatura deve tenere conto anche di eventuali passaggi di stato Determinare il contenuto termico di 1 kg di vapor dacqua alla temperatura di 160°C ed alla pressione di 1 atmosfera Dato che da 0 a 160°C per lacqua si ha un passaggio di stato (evaporazione), tre saranno i contributi al calcolo del contenuto termico calore fornito per portare lacqua da 0 a 100°C calore latente di evaporazione calore fornito per portare lacqua da 100 a 160°C Usare la tabella A7 R(2795 kJ)

26 26 Glossario Flussi, indicati con la lettera F: in genere sono espressi come portate (volume/tempo); Portata: espressa come il rapporto tra volume uscente dalla sezione di una condotta per unità di tempo; Regime stazionario: in un serbatoio il flusso entrante e quello uscente si equivalgono; Regime dinamico: in un serbatoio il flusso entrante e quello uscente sono diversi; Entalpia (H): è il calore scambiato a pressione costante (quasi tutte le reazioni chimiche avvengono a P = cost.

27 27 Sistemi Aperti = scambiano materia ed energia con lambiente Chiusi = solo scambi energetici con lambiente Isolati = nessun tipo di scambio con lambiente Adiabatici = isolati termicamente (scambi di calore)

28 28 Norme UNICHIM: serbatoi

29 29 Uso dei DIAGRAMMI (calore specifico dei liquidi)

30 30 Riepilogo Equazioni di bilancio Bilancio di massa o materia Bilancio energetico


Scaricare ppt "1 Processi e Tecnologie Classi Quarte Tecnico Chimico Biologico IPSS Galilei - Oristano Anno Scolastico 11/12 Professor Luciano Canu Lo scambio termico."

Presentazioni simili


Annunci Google