TERMODINAMICA

Termodinamica La termodinamica descrive le trasformazioni subite da un sistema in seguito ad un processo di scambio di energia con altri sistemi oppure con l’ambiente esterno.

Termochimica La termochimica è una parte della termodinamica che studia gli scambi di calore che avvengono durante una trasformazione chimica È definita da: Stato iniziale e finale dei reagenti e dei prodotti. Dal loro stato di aggregazione. Dalla loro massa (o mole). Dal modo con cui viene condotta la reazione.

Lavoro Il lavoro è l’energia trasferita dall’ambiente al sistema (o viceversa) a seguito di uno spostamento o di una modifica del sistema. Se il segno è negativo allora il lavoro è compiuto dall’ambiente sul sistema (-) Se il segno è positivo allora il lavoro è compiuto dal sistema sull’ambiente (+)

Calore •il calore è il trasferimento di energia termica tra il sistema e l’ambiente grazie alla differenza di temperatura Quantità di calore = Energia trasferita da un corpo più caldo ad uno più freddo, a seguito della Δt, spontaneamente ovvero senza che sia fatto del lavoro.

Ambiente

Energia interna L’energia interna è l’energia immagazzinata dalle particelle costituenti il corpo. Questa forma di energia può essere influenzata direttamente da un trasferimento di calore.

1° Principio della Termodinamica L’energia non si crea né si distrugge, può solo cambiare forma. La variazione di energia di un corpo deve essere compensata da un trasferimento di calore, o dal compimento di lavoro.

2° Principio della Termodinamica il calore fluisce naturalmente da una sorgente più calda ad una più fredda, mentre per avere il flusso inverso è necessario realizzare delle macchine. Infatti per ‘realizzare il freddo’, ossia sottrarre calore da una sorgente più fredda per cederlo ad una più calda, è necessaria una macchina frigorifera che realizzi l’operazione.

Entropia L’entropia è la tendenza di un sistema verso l’inutilizzabilità meccanica dell’energia. La si può definire anche come la graduale degenerazione di un sistema verso il massimo disordine

Entalpia L’entalpia è la somma tra l’energia potenziale contenuta nei legami chimici di una sostanza e l'energia determinata dalla pressione e dal volume del sistema stesso

Principi dei gas Le quattro leggi dei gas perfetti sono: Legge di Boyle (legge dell'isoterma): vale quando la temperatura di un gas resta costante. Legge di Charles (legge dell'isobara): vale quando la pressione di un gas viene mantenuta costante. Legge di Gay-Lussac (legge dell'isocora): vale quando il volume di un gas viene mantenuto costante. Equazione di stato dei gas perfetti: mette in relazione tutte e tre le variabili di stato in una unica equazione.

Ciclo termodinamico

Circuito frigorifero Come Funziona? Il principio di funzionamento di un frigorifero si basa sul fenomeno dell’espansione di un fluido: il fluido, nell’attraversare una strozzatura si raffredda.

Principio teorico Cop= 𝑸𝟏 𝐋 Il ciclo frigorifero non è altro che il ciclo di Stirling percorso all’inverso. così possiamo avere un assorbimento di calore per ‘ generare il freddo ’. Si avrà così un trasferimento di calore da una sorgente a temperatura t1 ad una sorgente di temperatura maggiore t2 grazie agli effetti del lavoro fatto sul sistema. L’efficienza di un ciclo frigorifero è caratterizzata dal coefficiente di prestazione (cop) o (eer), ovvero il rapporto tra quantità di calore assorbito dalla sorgente fredda e il lavoro necessario per svolgere tale operazione. Cop= 𝑸𝟏 𝐋

Il compressore comprime il gas: lavoro Condensatore: disperde calore nell’ambiente raffreddandosi prima di entrare nella valvola di espansione. Il fluido entra nella valvola di espansione ad una pressione alta e ne fuoriesce ad una pressione poco superiore a quella atmosferica Nell’espansione il gas si raffredda Il fluido ‘freddo’ entra nell’evaporatore dove evapora assorbendo calore dal sistema da raffreddare. Raggiunge il compressore a bassa pressione. Il ciclo riparte

Diagramma entalpico Il modo più corretto per esaminare il comportamento di un fluido frigorigeno è quello di utilizzare un diagramma entalpico. La scala orizzontale è riservata per i valori di entalpia (in Kj/Kg), invece la scala verticale è occupata dai valori della pressione (in bar)

Circuito di riscaldamento I combustibili si possono definire come sostanze capaci di produrre energia termica a seguito di una reazione chimica detta combustione

Cos’è la combustione? CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O La combustione è l’ossidazione rapida delle sostanze combustibili ad opera di una sostanza comburente, ovvero l’ossigeno dell’aria La combustione completa del metano, CH4, produce anidride carbonica e acqua, mentre con l’ossigeno possono avvenire numerose reazioni conducendo a diversi prodotti, tra i quali, oltre al monossido di carbonio, anche metanolo. CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

calore sensibile e Calore latente

Calore sensibile Il calore sensibile è il calore che, quando viene ceduto (o assorbito), comporta una diminuzione (o aumento) della temperatura. Il calore assorbito (o ceduto) ha come conseguenza un aumento (o riduzione) dello stato di agitazione delle molecole. non ha mai come effetto una transizione di fase.

Calore latente Il calore latente è il calore che viene ceduto o assorbito durante una transizione di fase. Al trasferimento di calore non è associata una variazione di temperatura. Il calore assorbito (o ceduto) ha come effetto quello di rompere (o ricostituire) i legami tra le molecole, e conseguentemente modificare la fase della materia

Ciclo di riscaldamento a combustione Negli ambienti riscaldati, per effetto della maggiore temperatura interna rispetto a quella esterna, vi è una continua dispersione di energia dovuta alla conduzione attraverso le pareti. L’impianto di riscaldamento ha la funzione di generare ed immettere negli ambienti riscaldati il calore che viene disperso, in modo da mantenere costante la temperatura interna.

Componenti principali Il generatore di calore (dove viene riscaldato un fluido o gas) Le tubazioni di distribuzione (liquido termovettore) Elementi riscaldanti (radiatori, convettori, sistemi radianti (impianto a pavimento) ecc…)

Alcuni Tipi di impianti Impianto a convenzione (fancoil, impianto a ventilazione) Impianti radianti (impianti a pavimento, pannelli radianti) Impianti a pompa di calore (climatizzatore eer) Impianto geotermico (pompa di calore con evaporatore nel sottosuolo) Impianti ad energia solare (pannelli solari)

Spiegazione Attraverso il tubo di collegamento il gas-metano arriva al sistema di controllo dove viene modulata la sua pressione Successivamente raggiunge la rampa ugelli dove viene emanato Il gas-metano viene iniettato dagli ugelli nei venturi del bruciatore. per il fenomeno del venturio viene anche aspirata l’aria comburente. miscela risultatnte ossigeno + metano Grazie ad una scintilla posta sulla sommità del bruciatore la miscela si infiamma e il calore prodotto viene poi assorbito dallo scambiatore primario che a sua volta cede la caloria al fluido termovettore che lo percorre internamente. Il fluido termovettore viene trasportato attraverso tutti i sistemi radianti che irraggiano il calore nell’ambiente interno. Il circolatore permette al fluido termovettore di continuare a circolare e a rientrare nello scambiatore per assorbire nuova energia

scambiatore Tubi termovettori bruciatore Rampa ugelli circolatore Sistema di controllo Tubo del gas

Differenza tra caldaia tradizionale e caldaia a condensazione