06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
Materiale Didattico
per il Conseguimento
del
QUADERNI
del FREDDO
Patentino per ilLinee
Trattamento
deiimpianti
Gas Effetto
Serra
guida per
freddo
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 1
Introduzione ai sistemi di Condizionamento e Refrigerazione
Il freddo è scarsità di calore
Tutte le sostanze sono costituite da atomi raggruppati ordinatamente in molecole. Atomi e molecole
sono caratterizzati dal loro perenne movimento, la cui intensità è suscettibile di variazione. Un corpo
freddo è soggetto a una scarsa attività molecolare, un corpo caldo è caratterizzato da moti molecolari
molto intensi.
Il freddo rallenta le funzioni vitali
La vita degli organismi si basa sull'attività molecolare dei loro costituenti. L'inverno, il ghiaccio, il
freddo intenso rallentano sin quasi all'arresto l'attività vitale degli organismi animali e vegetali.
Grazie a questa proprietà una giusta dose di freddo conserva gli alimenti.
Non si produce freddo, si rimuove calore
Lo scopo di un impianto frigorifero è quello di raffreddare i corpi, gli ambienti o le sostanze ad una
temperatura inferiore a quella ambientale e di riuscire a mantenere il sistema a tale temperatura. Per
fare questo si sottrae calore ad una sorgente da rafreddare e lo si va a scaricare su di una sorgente
esterna che può essere aria, acqua o suolo a secondo delle necessità.
2
wwww.teknologieimpianti.it
1
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 1
Introduzione ai sistemi di Condizionamento e Refrigerazione
Un po’ di Storia…
Per tutto l'Ottocento si erano succeduti i tentativi per mettere a punto macchine
capaci di produrre ghiaccio, ma si era trattato piuttosto di esperimenti scientifici.
La penuria di ghiaccio del 1890 creò una consapevolezza di quella domanda di
freddo che rimaneva insoddisfatta e pose la base per l'individuazione di un
mercato del freddo che era il presupposto necessario alla nascita di una industria
della refrigerazione.
Il primo frigorifero ermetico
prodotto in grande serie.
Il modello Monitor Top
della General Electric.
La denominazione molto
probabilmente allude alla
forma
cilindrica
del
condensatore posto sopra
all’apparecchio.
Nel 1913 vede la luce l'apparizione di un frigorifero domestico azionato a mano, e
nel 1918 arriva sul mercato il primo frigorifero domestico della Kelvinator, a
funzionamento elettrico.
L'affermazione del frigorifero domestico arriva nel 1926 con la presentazione del
modello Monitor Top praticamente il primo frigorifero a chiusura ermetica dell’era
moderna.
Il frigorifero domestico conquistò l’Europa solo a partire dal 1951anche grazie ai
modelli di produzione Italiana per lungo tempo leader del mercato continentale.
3
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 1
Introduzione ai sistemi di Condizionamento e Refrigerazione
Ma a cosa reve il Freddo?
Dopo tutto gli abitanti delle regioni calde del globo hanno fatto per migliaia di anni senza condizionamento o
refrigerazione.
Da sempre si sa che qualsiasi sostanza organica decompone. Nelle civiltà antiche si faceva un gran commercio
di spezie, che venivano usate per mascherare i cambiamenti di odore e di sapore subiti dai cibi col passare del
tempo. Naturalmente, questo non era un' rimedio.
Deve essere molto antica l'osservazione che d'inverno i processi degenerativi sono più lenti e, dove era
disponibile, il ricorso all'uso del ghiaccio. Oggi sappiamo che il freddo ha la proprietà di rallentare le funzioni
vitali dei batteri responsabili delle alterazioni dei cibi.
Oggi diverse attività industriali sono basate sulla
disponibilità di ambienti a bassa temperatura.
Conservazioni alimentari, Refrigerazione di Processo,
Condizionamento, Impianti per acqua fresca,
Container refrigeranti, Pompe di calore, Produzione di
ghiaccio, impianti di liofilizzazione sono solo alcune
delle possibili applicazioni della «Catena del Freddo».
4
wwww.teknologieimpianti.it
2
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 1
Introduzione ai sistemi di Condizionamento e Refrigerazione
I Batteri
I batteri, organismi intermedi tra il mondo animale e il mondo vegetale, sono
presenti in tutte le sostanze organiche. Le loro attività vitali, consistono
nell'utilizzare e trasformare diverse sostanze chimiche alterandone in qualche caso
l’equilibrio.
I batteri come si presentano
al microscopio. Ingranditi
oltre mille volte e colorati di
blu di metilene, alcuni
individui
del
ceppo
Saccharomyces glutinis, che
interviene
nelle
fermentazioni
ad
uso
alimentare.
Tutti questi processi sono raggruppati sotto il nome di fermentazioni. Particolari
batteri sono responsabili della fermentazione alcoolica come di quella del lievito
di birra. Sono numerosi i batteri che svolgono funzioni utili alla catena alimentare
umana e animale o al riequilibrio dell'ambiente. Quei batteri che producono una
degradazione delle sostanze organiche e in particolare dei cibi, rappresentano
un ostacolo alla loro conservazione in condizioni di freschezza.
L'attività fermentativa e la velocità con cui si svolge sono influenzate da diversi
fattori, tra cui la quantità di ossigeno disponibile e la temperatura ambiente.
In condizioni di scarsità di ossigeno l'attività batterica è meno intensa.
5
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 1
Introduzione ai sistemi di Condizionamento e Refrigerazione
I Batteri
Per ogni specie batterica esiste una temperatura alla quale si verificano le
migliori condizioni di vita (si veda ad esempio il batterio della legionella), e
temperature massime e minime oltre le quali ogni attività vitale cessa.
Particolari specie sono capaci di vivere sopra i 50° C, se ne conosce una sola che
resiste sotto – 100° C. Entro certi limiti un aumento di temperatura ha I’effetto di
accelerare le attività fermentative, mentre una diminuzione sotto la temperatura
ottimale le rallenta notevolmente.
Questo rallentamento dell'attività fermentativa è alla base
della conservazione mediante refrigerazione.
6
wwww.teknologieimpianti.it
3
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura
Alfabeto Greco
Α
α
alpha
Ι
ι
iota
Β
Γ
∆
Ε
β
γ
δ
ε
beta
Κ
Λ
Μ
Ν
κ
λ
µ
ν
kappa
Ζ
Η
Θ
ζ
η
θ
Ξ
Ο
Π
xi
ξ
ο omicron
pi
π
gamma
delta
epsilon
zeta
eta
theta
lambda
mu (mi)
nu (ni)
Ρ
ρ
rho
Σ σ ς sigma
tau
Τ τ
Υ υ upsilon
phi
Φ φ
Χ χ
Ψ ψ
Ω ω
chi
psi
omega
7
“.. I greci non sapevano fare
a meno del concetto di
misura. Se non misuravano
si sentivano perduti. Parole,
azioni, passioni andavano
tenute al guinzaglio,
altrimenti si profilava
all’orizzonte lo spettro
dell’imprevedibile. Già uno
dei sette saggi, Clebulo,
aveva ammonito: “ottima
cosa è la misura….”
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura
Che cosa è un Sistema di Unità di Misura?
Misura: associazione ad una proprietà fisica di un numero per confronto con una proprietà
simile che si chiama “unità di misura”
Campione: oggetto che ha misura nota, utilizzato per il confronto
La definizione di una grandezza fisica: deve indicare come la si misura e deve
essere “operativa”.
8
wwww.teknologieimpianti.it
4
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura
Un po di Storia …
Il Sistema internazionale di unità di misura, abbreviato in SI, è il più diffuso tra i sistemi di unità di misura.
Assieme al Sistema CGS, viene spesso indicato come sistema metrico, soprattutto nei paesi anglosassoni.
Le unità, la terminologia e le raccomandazioni del Sistema internazionale vengono stabilite dalla Conferenza
generale dei pesi e delle misure (CGPM), organismo collegato con il Ufficio internazionale dei pesi e delle
misure (BIPM), chiamato in italiano Ufficio internazionale dei pesi e delle misure. Questo sistema di grandezze
ed unità di misura nasce nel 1889 e dopo una serie di modifiche successive approda nel 1971 alla sua forma
attuale.
Ogni sistema di unità di misura nasce con lo scopo di definire in maniera quantitativa il mondo che ci circonda
attraverso lo studio di diverse grandezze. Esistono grandezze che descrivono fattori considerati basilari nello
studio della fisica e nella definizione di elementi per la descrizione e la conoscenza dei fenomeni. Queste
vengo dette GRANDEZZE FONDAMENTALI O PRIMITIVE.
Molto spesso queste grandezze associano tra loro, secondo determinate leggi, vanno poi a generare
grandezze differenti ma non meno importanti, tali grandezze sono dette DERIVATE, poiché derivano,
appunto, da quelle fondamentali.
9
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura
Un po di Storia …
Oggi, il Sistema Internazionale è basato su sette grandezze fondamentali (con le rispettive unità di
misura), con le quali vengono definite le grandezze derivate (e rispettive unità di misura). Il Sistema
Internazionale, inoltre, definisce una sequenza di prefissi da premettere alle unità di misura per identificare i
loro multipli e sottomultipli.
Il sistema è stato adottato in Italia in seguito al recepimento delle direttive comunitarie avvenuto con il DPR
802 del 1982. Fino al 31/12/2009 era tuttavia consentito accompagnare le unità di misura ufficiali con le
equivalenti unità di misura presenti negli altri sistemi di misura.
Le Sette Grandezze Fondamentali del SI
1) Lunghezza metri (m)
2) Massa chilogrammi (kg)
3) Tempo secondi (s)
4) Temperatura Kelvin (K)
5) Intensità di corrente Ampere (A)
6) Intensità luminosa candele (cd)
7) quantità di materia mole (mol)
(quantità di materia che contiene tante unità elementari quanti sono gli atomi di carbonio in 0.012 kg)
10
wwww.teknologieimpianti.it
5
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura
Multipli e Sottomultipli
Molte grandezze fisiche sono
troppo piccole o troppo grandi per
essere usate in modo diretto, per
questo motivo molto spesso si
ricorre a prefissi convenzionali che
rappresentano dei multipli o dei
sottomultipli della grandezza
medesima. Andando dal fornaio
non vi capiterà mai di dire voglio
mille grammi di pane ma direte
voglio un chilogrammo di pane
(multiplo). Così come leggendo
un disegno tecnico si sa che le
misure non sono espresse in metri
ma in millimetri (sottomultiplo).
0n
Prefisso
1012
tera
109
giga
106
mega
103
Simbolo
Nome
Equivalente decimale
T
Bilione
1 000 000 000 000
G
Miliardo
1 000 000 000
M
Milione
1 000 000
kilo o chilo
k
Mille
1 000
102
etto
h
Cento
100
10
deca
da
Dieci
10
10−1
deci
d
Decimo
0,1
10−2
centi
c
Centesimo
0,01
10−3
milli
m
Millesimo
0,001
10−6
micro
µ
Milionesimo
0,000 001
10−9
nano
n
Miliardesimo
0,000 000 001
10−12
pico
p
Bilionesimo
0,000 000 000 001
11
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
La Lunghezza = Metro
Il metro è la lunghezza del tragitto percorso dalla luce nel vuoto in un intervallo
di 1/299.792.458 di secondo (velocità della luce).
chilometro = kilometro = km = 103 m = 1000 m
ettometro = hm = 102 m = 100 m
decametro = dam = 101 m = 10 m
metro = m
decimetro = dm = 10−1 m = 0,1 m = 1/10 m
centimetro = cm = 10−2 m = 0,01 m = 1/100 m
millimetro = mm = 10−3 m = 0,001 m = 1/1000 m
micrometro = micron = μm = 10−6 m
nanometro = nm = 10−9 m
12
Simbolo
grandezza
l
Simbolo Unita
di Misura
m
wwww.teknologieimpianti.it
6
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
La Massa = Chilogrammo
Il chilogrammo è l'unità di massa; esso è pari alla massa del prototipo
internazionale del chilogrammo conservata presso il museo dei pesi e delle
misure di Sevres - Francia.
«Il chilogrammo è la massa di un particolare cilindro di altezza e diametro pari a
0,039 m di una lega di platino-iridio».
I prefissi SI vengono usati per i multipli e i sottomultipli del chilogrammo. È da
notare che, contrariamente alle altre unità di misura, il chilogrammo è l'unica unità
base che contiene già un prefisso, quindi questi si applicano al grammo.
Si segnalano alcune particolarità: il megagrammo (106 grammi) viene
chiamato tonnellata, 100 chilogrammi, sono detti quintale. Tali unità di misura,
sono riconosciute in virtù del loro largo uso. Sempre nell'uso comune, il
chilogrammo e l'ettogrammo vengono talvolta indicati semplicemente come
"chilo" ed "etto", dando per scontata l'unità di misura.
13
Simbolo
grandezza
m
Simbolo Unita
di Misura
Kg
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
SCHEDA OPERATIVA
Il Peso del Refrigerante
14
Le bilance che attualmente si impiegano sono quasi esclusivamente di tipo elettronico con spiccate
proprietà di ripetibilità ovvero quel dato che si riferisce a pesate per lettura diretta. Cioè a come si
ripeta la lettura della bilancia se uno stesso oggetto viene ripetutamente posto sul piatto.
Per effettuare letture correte è indispensabile porre la bilancia su di un piano rigido e stabile per
evitare l’introduzione di possibili errori dovuti alla pendenza o all’instabilità della superfice medesima.
Nel operare con i refrigeranti per la loro reintroduzione in bombala si ricorda che gli stessi
dovrebbero sempre risultare essere esclusivamente in fase liquida.
wwww.teknologieimpianti.it
7
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Il Tempo = Secondo
Il secondo è definito come la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione
corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini, da (F=4, MF=0) a (F=3,
MF=0), dello stato fondamentale dell'atomo di cesio-133 .
15
Simbolo
grandezza
t
Simbolo Unita
di Misura
s
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Intensità di Corrente = Ampere
Un ampere è l'intensità di corrente elettrica che, se mantenuta in due conduttori
lineari paralleli, di lunghezza infinita e sezione trasversale trascurabile, posti a un
metro di distanza l'uno dall'altro nel vuoto, produce tra questi una forza pari a
2 · 10-7 newton per metro di lunghezza .
L'ampere prende il nome da André-Marie Ampère, uno dei principali scopritori
dell'elettromagnetismo.
Nell'ambito delle unità di misure SI valgono le uguaglianze:
16
Simbolo
grandezza
Ioi
Simbolo Unita
di Misura
A
wwww.teknologieimpianti.it
8
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
SCHEDA OPERATIVA
Pinza Amperometrica - Corrente
La pinza amperometrica è uno strumento di misura che si utilizza per
rilevare correnti su parti di un impianto che non possono essere messe
fuori servizio. E’ costituito da due ganasce mobili che si chiudono
formando un anello dove viene inserito il singolo conduttore in cui
passa la corrente.
Così facendo si genera una corrente indotta con un relativo campo
magnetico. Questa corrente risulta essere proporzionale alla corrente
che si vuole misurare. Lo strumento la misura e tramite una serie di
calcoli matematici ci rende il valore della corrente da misurare.
Bisogna ovviamente fare attenzione a porre nella spira un unico filo;
infatti entrambi i fili genererebbero campi magnetici opposti con
relative correnti indotto che si andrebbero ad annullare segnando così
una misura pari a 0.
17
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
SCHEDA OPERATIVA
Pinza Amperometrica – Tensione (Volt)
18
Per effettuare questa misura si impiegano i due terminali ed i relativi
cavi messi a disposizione con la pinza (vedi immagine)e posizionando i
due terminali sui due punti di cui si vuole misurare la differenza di
potenziale.
In questo modo si può determinare la differenza di tensione esistente ai
capi dell’avvolgimento di marcia di un compressore monofase; basterà
posizionare i terminali tra il comune e la marcia del compressore
medesimo.
Bisogna infine ricordare che quando un carico elettrico viene
alimentato si genera una differenza di potenziale ai capi del carico
stesso e allo stesso modo si può rilevare una differenza di potenziale ai
capi di un circuito aperto.
wwww.teknologieimpianti.it
9
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
SCHEDA OPERATIVA
Pinza Amperometrica – Resistenza (Ohm)
Sempre con i terminali in dotazione alla nostra pinza multifunzione si
possono determinare anche i valori di resistenza di circuito. Ad esempio
nel caso di un relè la resistenza assume valori propri dati dalle
particolarità del relè medesimo (non è quindi ne nulla ne infinita).
Posizionando i terminali ai capi della bobina lo strumento indicherà
direttamente il valore della resistenza misurata.
Se al contrario si posiziono i terminale sul contatto normalmente chiuso
(NC) del relè la resistenza assumerà valore pari a 0. Questo indica una
continuità nel circuito.
Se, in fine, si posizionano i terminali sul contatto normalmente aperto
(NO) sul lettore dello strumento apparirà la sigla O.L. e la resistenza
assumerà un valore infinito. Questo indica un circuito aperto.
19
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
La Temperatura = Centigradi o Kelvin?
In numerosi paesi la graduazione ufficiale della scala termometrica è quella
di Celsius, (astronomo svedese (1701-1744) che per definire il proprio metodo
di misurazione stabilì due punti fissi: il punto di congelamento e il punto di
ebollizione dell'acqua. La temperatura di fusione del ghiaccio è di O° C; il punto
di ebollizione dell'acqua alla pressione atmosferica di 1.013 mbar è di 100°C.
L'intervallo compreso tra questi due punti è suddiviso in 100 parti uguali,
chiamate gradi Celsius.
Nei paesi anglofoni la temperatura viene ancora espressa in gradi Fahrenheit
(CF), ma si dovrà attuare il progressivo passaggio alla scala Celsius.
Fahrenheit (fisico Tedesco, 1686-1736) determinò il punto zero della sua scala per
una temperatura ambiente molto bassa, misurata negli Stati Uniti, che egli situò
32°F al di sotto della temperatura di congelamento dell'acqua. Come punto
fisso superiore, egli assunse il punto di ebollizione dell' acqua e divise l'intervallo
così ottenuto in 180 parti.
20
Simbolo
grandezza
t
Simbolo Unita
di Misura
K
wwww.teknologieimpianti.it
10
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
La Temperatura = Centigradi o Kelvin?
Questo fa si che il punto di ebollizione in questa scala si trova a (180+ 32)= 212°°F.
A un intervallo di 5 K della scala Celsius corrisponde un intervallo di 9F della scala Fahrenheit.
TC = 5/9 * (TF – 32) oppure TF = 9/5 * Tc + 32
1 grado Fahrenheit = a 0,55 °C - 1 grado Centigrado = a 1,8 °F
21
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
La Temperatura = Centigradi o Kelvin?
La temperatura più bassa immaginabile, ma comunque impossibile da raggiungere, corrisponde a -273,15
°C, ossia a 0 K (0 kelvin), temperatura detta anche zero assoluto.
Prende il nome dal fisico e ingegnere irlandese William Thomson, nominato barone con il nome di Lord
Kelvin. Egli propose per primo questa definizione nel 1868, partendo dalla considerazione termodinamica che
esiste una temperatura minima assoluta, lo zero assoluto.
Per praticità è stata però mantenuta invariata, rispetto alla preesistente scala Celsius, la dimensione di una
unità (Δ 1 K ≡ Δ 1 °C): in questo modo le differenze di temperatura nelle scale Celsius e kelvin sono
numericamente uguali.
Mentre la scala Celsius (o centigrada), è pratica dal punto di vista umano, in quanto si basa sulla temperatura di
congelamento e di ebollizione dell'acqua (che sono temperature di cui si ha quotidianamente esperienza
diretta), quella kelvin è più rigorosa (prende atto esplicitamente della presenza di un minimo assoluto di
temperatura) e si presta ad essere usata come unità di misura.
°K= °C + 273,15
22
wwww.teknologieimpianti.it
11
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
La Temperatura = Centigradi o Kelvin?
Il kelvin è definito come 1/273,16 della temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua.
Per "temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua" si intende la differenza di temperatura fra
lo zero assoluto (pari a -273,15 °C) e il punto triplo dell'acqua (0,01 °C). Lo zero della scala kelvin è lo
zero assoluto di temperatura.
Il punto triplo è determinato dai valori di temperatura e pressione a cui coesistono le fasi solida, liquida e
aeriforme di una sostanza. Questi valori dipendono solamente dalla sostanza in questione e possono essere
determinati con notevole precisione. Il punto triplo di varie sostanze è dunque utile per la calibrazione di
strumenti di misura.
In particolare la temperatura del punto triplo dell'acqua è utilizzata per la definizione della scala Kelvin ed è
fissata a 273,16 K, la pressione corrispondente è circa 6 millibar = 6x102 Pa. In altre unità di misura il punto
triplo si trova a 0,01 °C e 6,04x10-3 atm.
23
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Lo Zero Assoluto
Allo zero assoluto ogni moto degli atomi si annulla.
È sempre difficile immaginare lo zero assoluto, in quanto a esso corrisponde un volume praticamente nullo.
Ciò trova una spiegazione assai semplice: prima di raggiungere lo zero assoluto tutti i gas conosciuti liquefano,
mentre allo zero assoluto solidificano.
Si immagini 1 m cubo di gas a temperatura ambiente: passando alle temperature
più basse il suo volume si riduce a qualche gocciolina; si può allora ammettere che
il gas assuma un volume pressoché nullo.
24
wwww.teknologieimpianti.it
12
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Misuriamo la Temperatura … I TERMOMETRI
Nel campo del condizionamento dell'aria e della refrigerazione si impiegano vari tipi di termometri, la maggior
parte dei quali appartengono alla categoria dei termometri a contatto di cui citiamo i principali:
Termometri a Dilatazione di Liquido: sono in vetro e il loro principio di
funzionamento si basa sulla dilatazione termica di un liquido, la cui temperatura
viene indicata dal livello raggiunto nel tubo capillare che lo contiene. Il loro campo
di applicazione è compreso tra -200 e +630 °C. A seconda del liquido con cui
sono riempiti, i termometri a dilatazione di liquido sono utilizzabili solo entro
determinati campi di temperatura. Ad esempio: termometri a mercurio da -38,9
a +280 °C; termometri a pentano da -200 a +20 °C e termometri ad alcol
etilico da -110 a +50 °C.
Termometri a Dilatazione di Liquido e molla: chiamati anche "a tubo
capillare", constano di due elementi principali: la sonda (o tubo da immersione),
che costituisce il dispositivo di rilevazione; un organo deformabile (molla avvolta a
spirale), disposto davanti a una scala graduata, che costituisce l'elemento di
misura. Sonda e organo deformabile sono collegati con un tubo capillare e tutto il
sistema è riempito con un liquido.
25
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Misuriamo la Temperatura … I TERMOMETRI
Termometri Bimetallici: sono costituiti da due lamine metalliche saldate tra
loro e caratterizzate da coefficienti di dilatazione lineare diversi. Quando la
temperatura varia, la doppia lamina s'incurva verso il metallo il cui coefficiente di
dilatazione è minore. Una lancetta collegata alla lamina indica la temperatura su
un quadrante.
Termometri Digitali: Per le misure si impiegano oramai in modo quasi
esclusivo i termometri digitali, questi termometri hanno la caratteristica di
mostrare direttamente il valore numerico sul visure della temperatura misurata
dalla sonda ad essi collegata. Naturalmente bisogna sempre prestare attenzione
alle caratteristiche dello strumento e in particolare ai campi di misura e al tipo di
sonde collegabili che lo caratterizzano.
26
wwww.teknologieimpianti.it
13
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Misuriamo la Temperatura … SONDE DI TEMPERATURA a Termocoppia TIPO K
TP 656 Sonda termocoppia tipo K per misure ad immersione, campo
di misura da 0°C a 400°C, lunghezza stelo 70 mm.
TP 647 Sonda di temperatura termocoppia a
morsetto, per misure a contatto, campo di misura da
0°C a 180°C.
27
TP 657/1 Sonda con sensore tipo K adatta per misurare
temperature di generi alimentari, campo di misura da 0°C a 200°C,
lunghezza stelo 500
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Misuriamo la Temperatura … SONDE DI TEMPERATURA a Termocoppia TIPO K
TP 659 Sonda di temperatura a penetrazione tipo K, campo
di misura da 0°C a 500°C, lunghezza stelo 150 mm
TP 755 Sonda per misure a contatto , campo di misura da 0°C
a 800°C, lunghezza stelo 300 mm
28
wwww.teknologieimpianti.it
14
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Misuriamo la Temperatura … SONDE DI TEMPERATURA a Resistenza tipo Pt100 e Pt1000
TP 472 I.10 Sonda di temperatura ad immersione in fluidi con
sensore Pt100 completa di modulo SICRAM. Campo di misura
da - 50°C a +400 °C. Lunghezza stelo 1000 mm
TP 475 A.0 Sonda ti temperatura per rilievi aeriformi con
sensore Pt100 complete di modulo SICRAM. Campo di
misura da -50°C a + 250°C. Lunghezza stelo 230 mm
TP 87.1000 Sonda di temperatura ad immersione con
sensore PT1000 completa di modulo SICRAM. Campo di
misura da -50°C a + 400°C. Lunghezza stelo 230 mm
TP 474 C Sonda di temperatura a contatto con sensore Pt
100 completa di modulo SICRAM. Campo di misura da -50°C
a +400°C. Lunghezza stelo 230 mm
29
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Misuriamo la Temperatura … Effettuiamo la Misura
SCHEDA OPERATIVA
ARIA
30
Impiegare una sonda per Aria o in alternativa una sonda generica. Posizionarla nel flusso di aria da
misurare ed attendere che le indicazioni di misura siano stabilizzate, in genere almeno uno o due
minuti. Cercare di schermare eventuali fonti di calore o getti d’aria diretti che possono andare a sfalsare
la misura medesima.
ACQUA
Per misurare la temperatura di liquidi che scorrono a pelo libero scegliere una sonda ad immersione e
tenerla immersa nel flusso da misurare ed attendere che le indicazioni numeriche sul display si
stabilizzino intorno ad un determinato valore.
Per misurare la temperatura di liquidi che scorrono internamente a tubazioni scegliere una sonda ad
immersione e tenendo conto del fatto che la temperatura vera del liquido potrebbe differire anche di
1° C da quella letta dalla sondo in pozzetto in funzione del suo stato di isolamente procedere con la
lettura. Se il tubo è isolato rimuovere l’isolamento prima della lettura e ripristinarlo una volta effettuata
la stessa.
wwww.teknologieimpianti.it
15
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Misuriamo la Temperatura … Effettuiamo la Misura
SCHEDA OPERATIVA
ACQUA
Se il pozzetto è orizzontale o cumunque di inclinazione tale da non contenere liquido immettere pasta
conduttrice e attendere due o tre minuti prima della lettura.
Se il pozzetto è verticale o comunque in grado di contenere liquido riempirlo dello stesso e attendere
duo o tre minuti prima di effettuare la lettura.
Contatto con tubo o Superfice
Per una misura di superficie scegliere una sonda a contatto per superfici, tenerla a contatto con la
superfice da misurare ed attendere che l’indicazione sul lettore si stabilizzi. Se la superfice è isolata
ripristinare l’isolamento prima di compiere la misura.
Per una misura di tubo scegliere una sonda a contatto per tubi, applicarla al tubo dopo aver rimosso
l’eventuale isolamento. Verificare che il contatto sia stabile ed attendere la stabilizzazione della lettura.
Una volta terminata la misura ripristinare l’eventuale isolamento.
31
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
La Forza = Newton
Per molto tempo l’unità di misura della Forza è stato il kg forza. Poi con l’avvento
del SI questa è diventata il newton (simbolo: N).
Il newton è l'unita di misura della forza e prende il nome da Sir Isaac Newton come
riconoscimento per il suo lavoro nella meccanica classica. Venne adottato dalla
conferenza generale sui pesi e sulle misure (CGPM) nel 1960. Visto che la Forza
risulta essere uguale a massa per accelerazione questa viene definita come la
quantità per accelerare un chilogrammo di massa di un metro al secondo
quadrato.
È inoltre l'unità di misura del peso, in quanto il peso è la forza che agisce tra due
corpi a causa della gravità. Una massa di un chilogrammo, in prossimità della
superficie terrestre, ha un peso di circa 9,81 newton, anche se questo valore varia
per pochi decimi di punto percentuale nei vari punti della superficie terrestre.
Per contro, su un corpo con una massa di 102 grammi la terra esercita una forza
all'incirca un newton. È curioso notare che, se si prende per buona la storia su
come Newton scopri la gravità, 102 grammi sono la massa di una piccola mela.
32
F=m*a
F = Forza, m = massa
a = accelerazione
wwww.teknologieimpianti.it
16
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
La Forza = Newton
Una forza è una grandezza fisica vettoriale che si manifesta
nell'interazione di due o più corpi, sia a livello macroscopico, sia a livello
delle particelle elementari, che cambia lo stato di quiete o di moto dei
corpi stessi. La forza è descritta classicamente dalla seconda legge di
Newton come derivata temporale della quantità di moto di un corpo.
Da non confondere quindi il concetto di peso (che è una forza espressa
in newton) con la massa (espressa in kg). Formalmente quindi la frase
«peso 70 kg» sarebbe scorretta, in realtà, sul nostro pianeta, dovremo
esprimerci come «peso 687 newton», oppure «ho una massa di 70 kg».
Equazione Dimensionale:
1 Kgf = 9,81 N
1N = 0,1 Kgf
una forza di 1 N imprime ad un corpo con la
massa di 1 kg l'accelerazione di 1 m/s²
33
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Massa e Peso … meglio precisare
Massa e peso di un corpo sono due grandezze tra di loro molto diverse e non
devono essere confuse.
La massa è una grandezza che fornisce una misura della quantità di materia che
costituisce il corpo, cioè l’inerzia del corpo ad essere messo in movimento e
conserva il suo valore ovunque si trovi.
Il peso esprime la forza con cui il corpo è attratto dalla terra e dipende dal valore
dell’accelerazione di gravità che varia da luogo a luogo.
Misuriamo la Massa
m = F/a massa = Forza/accelerazione
m = P/g massa = Peso/accelerazione di gravità
Una forza di 1 N imprime ad un corpo di massa di 1 kg l'accelerazione di 1 m/s²
Nel Sistema Tecnico l’unità di misura è il kilogrammopeso è detto anche
kilogrammo forza, per la conversione vale la relazione:
1kgf=9,80665 N
34
Misuriamo il Peso
wwww.teknologieimpianti.it
17
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Lavoro, Energia e Calore = Joule
La parola energia deriva dal tardo latino energīa, a sua volta dal greco
energheia, parola usata da Aristotele nel senso di azione efficace. Fu solo
nel 1619 che Keplero usò il termine nell'accezione moderna di energia
fisica.
L'energia è definita come la capacità di un corpo o di un sistema di
compiere lavoro. Dal punto di vista strettamente termodinamico
l'energia è definita come tutto ciò che può essere trasformato in calore a
bassa temperatura.
In meccanica classica, il lavoro di una forza costante lungo un percorso
rettilineo è definito come il prodotto scalare del vettore forza per il
vettore spostamento:
L = F x spost. (J = Nxm = kgxm2/s2)
Anche l’energia (cinetica, meccanica, elettrica
o termica) si misura in J.
In genere il calore è indicato con Q.
Simbolo grandezza
EeQ
Simbolo Unita di
Misura
J
35
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Introduzione al concetto di Calore
Il calore è la manifestazione a livello macroscopico dello scambio di
energia da un sistema fisico ad un altro unicamente a causa di differenze
di temperatura.
Questo tipo di energia, associata alla temperatura del corpo, viene detta
energia termica, ed è posseduta dal corpo, mentre il calore non è
posseduto dal corpo, bensì è un'"energia in transito", quindi è associato
ad un sistema di almeno due corpi interagenti.
Secondo l'interpretazione corrente, la temperatura di un sistema,
costituito da un grande numero di soggetti (o particelle) costituenti, è in
generale proporzionale all'energia media per soggetto: il corrispondente
flusso di energia tra due sistemi a diversa temperatura è allora
attribuibile alle innumerevoli interazioni (casuali e non controllabili) tra i
soggetti costituenti i due sistemi. In ciascuna di tali interazioni, che di
solito avvengono a coppie, l'energia dei soggetti interagenti si conserva
complessivamente, ma si ripartisce in modo da aumentare nei soggetti
meno energetici e diminuire in quelli più energetici.
36
wwww.teknologieimpianti.it
18
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Parliamo di Calore
1 joule equivale a:
Il joule, è un'unità di misura derivata del Sistema internazionale (SI). Il
joule è l'unità di misura dell'energia, del lavoro e del calore (per
quest'ultimo è più frequente la caloria), ed è definito come:
1 W·s (watt secondo)
1 kg·m2/s2 = 1 N·m = 1 W·s.
Prende il nome dal fisico James Prescott Joule.
1 N·m (newton metro)
Un joule è il lavoro richiesto per esercitare una forza di un newton per
una distanza di un metro, perciò la stessa quantità può essere riferita
come newton metro.
2,39·10-1 calorie
Un altro modo di visualizzare il joule è il lavoro richiesto per sollevare una
massa di 102 g (una piccola mela) per un metro, opponendosi alla forza di
gravità terrestre.
9,48·10-4 British thermal
unit (BTU)
Un joule è anche il lavoro svolto per produrre la potenza di un watt per
un secondo, esattamente come se qualcuno impiegasse un secondo per
sollevare la mela di 102g.
1 chilowattora equivale
esattamente a 3 600 000 J
37
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Potenza = Watt
Il watt (simbolo: W) è l'unità di misura della potenza del Sistema Internazionale.
Un watt equivale a 1 joule al secondo (1 J/s).
Il watt prende il nome da James Watt per il suo contributo nello sviluppo della
macchina a vapore
In qualsiasi forma (cinetica, meccanica, elettrica o termica), per definizione è data
da:
P = L / tempo = E / tempo (W = J/s)
Nel caso di scambi termici, si parla spesso di flusso termico:
Pt = Ft = Q / t
38
Simbolo
grandezza
P
Simbolo Unita
di Misura
W
wwww.teknologieimpianti.it
19
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Potenza = Watt
Una misura di potenza, non va confuso con il wattora che è una misura di
energia. Quest'ultima corrisponde alla potenza di un watt fornita per un'ora,
quindi 3.600 joule. Non appartiene al SI, in quanto contiene la misura del tempo in
ore, ed è comunemente utilizzata per la tariffazione dell'energia stessa.
Quindi una lampadina che assorbe 100 W, in due ore consuma 200 Wh (720.000 J).
Domanda: Un apparecchio domestico avente la potenza di 0,75 kW se rimane in
funzione per 5 minuti quanta energia consuma espressa in J?
39
Simbolo
grandezza
P
Simbolo Unita
di Misura
W
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Pressione = Pascal
Si definisce pressione il rapporto tra l’azione di una forza F e una superfice di Area A
su cui tale forza risulta essere applicata.
L’unità di misura è il pascal (simbolo: Pa) è equivalente a un newton su metro
quadrato (N/m2). L'unità di misura prende il nome da Blaise Pascal, un matematico,
fisico e filosofo francese.
Poiché 1 Pa equivale a una pressione piccola, l'ettopascal (simbolo: hPa) è più
largamente impiegata, specialmente in meteorologia. Il chilopascal (simbolo kPa) è
anch'esso di uso comune.
P = F / A (Pa = N/m2 = kg/mxs2)
Ricordando la legge dell’idrostatica (di Stevino): p = r x g x h - si capisce che la
pressione si può indicare in metri colonna di fluido (in genere d’acqua: m.c.a.).
40
Simbolo
grandezza
p
Simbolo Unita
di Misura
Pa
wwww.teknologieimpianti.it
20
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Pressione = Pascal
Se il livello zero di riferimento è il vuoto, la pressione è detta assoluta.
Se si fa riferimento alla pressione atmosferica, la pressione è effettiva o
relativa, o manometrica.
In passato infatti, si distingueva tra ata e ate.
Il bar è un'unità di misura della pressione. Non fa parte del Sistema Internazionale
di unità di misura, il suo uso, è comunque tollerato, purché nei documenti in cui si
usa si riporti anche l'equivalenza in unità del SI.
1 bar = 105 Pa = 0,1 Mpa o 1 bar = 10 N/cm2
Un suo sottomultiplo molto usato è il millibar, simbolo mbar.
41
Simbolo
grandezza
p
Simbolo Unita
di Misura
Pa
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Pressione = Pascal
Il Torr è una unità non SI di misura della pressione, equivalente ad un millimetro di
mercurio (mmHg).
È la pressione differenziale che supporta una colonna di mercurio alta 1 millimetro
ovvero a 133,3223684 pascal. Il nome dell'unità ricorda Evangelista Torricelli,
fisico e matematico italiano, cui si deve la scoperta del principio del barometro nel
1643, il quale usò un tubo capillare immerso in un vaso pieno di mercurio,
chiamato appunto Tubo di Torricelli.
42
wwww.teknologieimpianti.it
21
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Pressione … Alcune Integrazioni
Nel Sistema Tecnico la pressione si misura in kilogrammoforza al centimetro quadrato
(kgf/cm2) detto anche atmosfera tecnica (at), si tratta di un valore unitario molto
prossimo alla pressione atmosferica al livello del mare. Il valore della pressione al
livello del mare è detta atmosfera fisica (atm) e vale 1,033 kgf/cm2.
La pressione misurata a partire dal vuoto (pressione nulla) si dice pressione
assoluta e viene misurate in atmosfere tecniche (at) e viene indicata con il simbolo
ata (atmosfere tecniche assoluta). Quando la pressione è misurata come valore di
pressione eccedente quella atmosferica, si dice pressione effettiva e viene indicata
con il simbolo ate.
Peff= Pass-Patm
= 8 ata – 1 atm
= 8 – 1,033
= 6,97 ate
43
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Pressione … e Liquidi
In un recipiente contenente un liquido la pressione è in ogni punto pari all’altezza di
colonna d’acqua stante su quel punto, ossia alla distanza tra il livello del liquido ed il
livello del punto considerato.
Vediamo ora che cosa accade se sulla superficie libera del liquido viene esercitata
una pressione ulteriore, ad esempio mediante il pistone di cui la figura, pistone la
cui faccia a contatto con il liquido ha una superficie di 100 centimetri quadrati e
viene premuto con una forza di 100 chilogrammi.
Si ha in tal caso ovviamente una pressione del pistone sul liquido pari a 100 kg per
100 cm2 ossia 1 kg per centimetro quadrato. Ebbene se noi misurassimo la
pressione in qualunque punto del recipiente, noi troveremmo che essa e' in tutti i
punti pari a 1 kg/cm2. Nei punti piu' bassi la pressione e' un po' piu' grande in
quanto alla pressione esercitata dal pistone si aggiunge quella che corrisponde alla
colonna di acqua.
Se ad esempio il punto più
basso B si trova a 1 metro di
profondità rispetto al livello
A della faccia premente del
pistone, la pressione in A è
di 2 kg per cm2, in B di 2 kg
per cm2 più 0,1 kg per cm2
In definitiva entro i liquidi di una pressione esercitata in un punto qualsiasi si
ritrova identica in tutti gli altri punti del recipiente posti allo stesso livello.
44
wwww.teknologieimpianti.it
22
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Pressione … e AERIFORMI
In primo luogo i gas occupano tutto il recipiente in cui vengono introdotti purche' naturalmente esso venga
vuotato dell'aria che prima conteneva.
In secondo luogo anche i gas pesano, e il loro peso non è trascurabile almeno per quanto concerne le
applicazioni tecniche che ci riguardano.
In terzo luogo i gas sono comprimibili ed elastici, mentre i liquidi, e l'acqua in particolare, si possono
considerare praticamente incomprimibili.
Riducendo il volume del recipiente in cui il gas è contenuto, il gas si comprime ossia esercita una pressione
sulle pareti e si può dimostrare che la pressione è in relazione al volume, ossia, come si dice, è inversamente
proporzionale al volume.
Se il volume diventa metà, la pressione diventa doppia, se il volume diventa un terzo, la pressione diventa tripla,
ecc.
Come accade nei liquidi, anche nei gas la pressione è uguale in tutti i punti del recipiente e poichè il peso del
gas è trascurabile, non è più il caso di cercare una differenza di pressione tra il punto alto ed il punto basso del
recipiente
45
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Pressione … Parliamo un po’ di pressione atmosferica
In tutte le località poste al livello del mare o quasi, l'acqua sale poco più di 10 metri e poiché il metro di colonna
d'acqua è pari a 0,1 kg/cm2, la pressione atmosferica è di poco superiore a 1 chilogrammo per centimetro
quadrato.
A 3.000 metri di altezza la pressione atmosferica scende già a valori dell'ordine di 0,7 kg/cm2 e tutti sappiamo
che quanto più ci si innalza tanto più l'aria risulta rarefatta.
La pressione atmosferica dipende anche
dalla latitudine; la forza di gravità non è
costante su tutta la terra, anche se le
variazioni sono di piccola entità.
Infine la pressione atmosferica varia per
effetto dei fenomeni atmosferici: la
temperatura,
l'umidità
relativa,
il
movimento dell'aria danno luogo ad
oscillazioni dell'ordine di qualche decina
di grammi per cm2, oscillazioni che si
misurano con il barometro.
46
Altitudine sul livello del mare in metri
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Pressione atmosferica in kg/cm2
1,033
0,917
0,810
0,715
0,626
0,551
0,482
0,421
0,336
0,326
0,294
wwww.teknologieimpianti.it
23
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Pressione … Effettiva ed Assoluta
La pressione indicata da un manometro viene chiamata pressione effettiva o pressione manometrica.
Ora, dato che il manometro segna lo zero in corrispondenza alla pressione atmosferica, è evidente che se si
misura la pressione di un gas o di un vapore contenuti in un recipiente, la pressione di tale gas o di tale vapore
sarà quella indicata dal manometro più la pressione atmosferica.
Tale pressione si chiama assoluta ed essa è maggiore di quella effettiva esattamente della pressione atmosferica.
In altre parole, se il manometro applicato ad un apparecchio indica una pressione effettiva di 2 kg/cm2 la
pressione assoluta sarà pari a 2 + 1,033 = circa 3 kg/cm2.
47
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Variazione di Temperatura e Pressione su un Fluido
Tutti i fluidi sono soggetti, contemporaneamente, all'effetto delle variazioni della temperatura e della pressione.
Per meglio illustrare questo concetto, riferiamoci ad uno dei fluidi piu' comuni: l'acqua. L'acqua e' un liquido
quando, sottoposta alla pressione atmosferica esistente al livello del mare (1,03 Kg/cm2 di pressione assoluta),
si trova ad una qualsiasi temperatura compresa tra 0 e 100°C.
Se raffreddiamo l'acqua, abbassandone la temperatura sotto i 0°C, essa gela, passando dallo stato liquido a
quello solido. Se al contrario la riscaldiamo oltre i 100°C, l'acqua bolle, passando dallo stato liquido a quello
gassoso.
Se la pressione atmosferica diminuisce il punto d'ebollizione si abbassa, mentre se la pressione
aumenta anche il punto d'ebollizione .
Per esempio. l'acqua sottoposta ad una pressione atmosferica di 0,64 kg/cm2 (pressione assoluta), bolle a
73,5°C; mentre alla pressione di 1,70 kg/cm2 (assoluti) il punto d'ebollizione è a 115,2°C.
48
wwww.teknologieimpianti.it
24
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Variazione di Temperatura e Pressione su un Fluido
49
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
La Pressione … Strumenti di Misura
BAROMETRO
Abbiamo visto che la pressione atmosferica è data anche dal peso di una colonna
di mercurio alta 76 cm. Pero' tutto questo risulta esatto solo se compiamo
l'esperimento al livello del mare.
Invece, se noi ripetiamo l'esperimento in montagna, vedremo che la colonna di
mercurio, anziche' di 76 cm, sara' per esempio di 70 cm. Piu' in alto noi ripetiamo
l'esperimento, piu' bassa sara' l'altezza della colonna di mercurio.
Cio' significa che la pressione atmosferica varia col variare dell'altitudine e quindi
della densita' dell'aria: densita' che e' minore in montagna (infatti noi diciamo che
l'aria e' piu' fine, piu' leggera).
Il tubo di mercurio cosi' descritto, graduato in centimetri o in millimetri,
formerebbe il barometro: uno strumento che segna la pressione atmosferica.
50
wwww.teknologieimpianti.it
25
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Abbiamo detto che le pressioni superiori a quelle atmosferiche si misurano con il
manometro, uno strumento che prende come base di misura la pressione
atmosferica, detta anche "atmosfera".
Ad esempio, se in un serbatoio c'e' un fluido alla pressione di 3 volte di quella
atmosferica (pressione, cioe' capace di sollevare una colonna d'acqua a mt 3 x 10,33
= 30,99) diremo che la pressione del fluido e' di 3,09 atmosfere.
L'atmosfera e' quindi lo sforzo che esercita sui corpi la pressione atmosferica, ed e'
uguale a kg 1,033 per cmq. Per semplificare i conteggi pratici, l'atmosfera si
considera uguale non a kg 1,033 ma a 1 kg per cmq.
La pressione di un liquido, di un gas, di un vapore si misura
con i manometri. Il tipo Bourdon si impiaga per pressioni
medie ed elevate, per le pressioni basse si usano in genere i
manometri a membrana
51
M. a Membrana
La Pressione … Strumenti di Misura
MANOMETRI
M. Bourdon
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
La Pressione … Strumenti di Misura
MANOMETRI
Manometro a Liquido: Il più antico manometro a liquido è il tipo con tubo a U, costituito da due tubi verticali
in vetro raccordati da una curva nella parte inferiore. I due tubi verticali sono dotati di una scala graduata
incisa; in alternativa, la graduazione può essere riportata su un supporto sul quale è fissato il tubo ad U.
Manometri a Molla: Sono i manometri di impiego più diffuso, in particolare tra i frigoristi. In sostanza sono
costituiti da un tubo curvato di circa 270°, di sezione ovale e con un'estremità chiusa, chiamato tubo di
Bourdon dal nome del suo inventore. Quando al suo interno viene immessa una pressione la sezione ovale si
deforma, tendendo ad avvicinarsi ad una sezione circolare e il raggio di curvatura aumenta. Questi strumenti
possono avere diverse classi di precisione. Quelli di classe 0,6 o inferiore sono ad alta precisione.
Manometro Elettrico: Per controllare il funzionamento degli impianti frigoriferi vengono utilizzate sonde che
rilevano le variazioni di temperatura mediante cristalli piezoelettrici.
Il campo di misura dei manometri piezoelettrici è da 0 a 20 mbar per i micromanometri e da 0 a 1.000 bar per i
manometri industriali. Sono disponibili in commercio manometri piezoelettrici portatili con indicatore
digitale.
52
wwww.teknologieimpianti.it
26
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura – Le Grandezze Fondamentali
Misuriamo la Pressione
SCHEDA OPERATIVA
Strumenti Digitali
Di ultima invenzione, sono in grado di rilevare, dopo aver selezionato il tipo di refrigerante,
direttamente pressione e relativa temperatura di saturazione.
Gli strumenti elettronici sono sicuramente più flessibili e di rapido impiego, quelli meccanici sono però
più affidabili nel tempo perché non richiedono il ricorso periodico a tarature e verifiche.
Misuriamo il Vuoto
La misura viene normalmente eseguita durante le operazioni di vuoto tramite uno strumento
particolare che prende il nome di vacuometro o manovuotometro.
Il vuoto si ritiene raggiunto quando non è più presente aria nel circuito, non è più presente umidità
residua o traccia di altri luidi e non ci sono perdite significative. Si ritieni si sia raggiunto un grado
di vuoto sufficiente quando questo reggiunge i 400 µ di mercurio.
Il manovuotometro è molto sensibile alle pressioni positive anche mediamente elevate. Per tale
ragione è buona norma scollegarlo dall’impianto prima di procedere alla carica dello stesso.
53
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Volume Specifico o Massico
Si definisce come Volume specifico (meglio sarebbe definirlo Volume massico) il rapporto tra t il volume e
la massa m del corpo
v= 1/ρ = V/m
Il volume specifico rappresente il volume occupato dalla massa unitaria di un
corpo omogeneo e si esprime in m3/kg
54
wwww.teknologieimpianti.it
27
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Peso Specifico
Il peso specifico è definito come il peso di un campione di materiale diviso per il
suo volume.
PS = P/V
Nel Sistema internazionale l'unità di misura è il newton/m3.
Comunemente il termine peso specifico è usato come sinonimo di densità e per
questo si trova molto spesso indicato come g/cm3 o kg/litro o kg/dm3. In questo
caso i grammi sarebbero da intendersi secondo un'obsoleta definizione di grammi
peso, non grammi massa, dove 1 grammo peso è il peso di 1 grammo massa in
condizioni di accelerazione di gravità standard.
La differenza è sottile e per la verità all'atto pratico la si può spesso ignorare, ma è
opportuno tener presente che mentre la densità è un rapporto tra una massa e un
volume, il peso specifico è un rapporto tra un peso (quindi una forza) e un volume.
In generale, a meno di motivi specifici, è da preferire l'uso della densità..
55
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Densità
La densità o massa volumica di un corpo (spesso indicata dal simbolo ρ o anche
δ) è pari alla massa per unità di volume. Se m è la massa e V il volume si ha dunque:
Nel Sistema Internazionale la densità si misura in kg/m³; nel sistema CGS in g/cm³
o equivalentemente il g/ml.
Nei fluidi, i corpi con densità minore galleggiano su quelli a densità maggiore, se
sottoposti ad un campo gravitazionale.
56
wwww.teknologieimpianti.it
28
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Densità nei Fluidi e Temperatura
Un esperimento didattico per verificare ciò consiste nel prendere una sfera
metallica, di massa nota, che passi appena attraverso un anello metallico (anello di
Gravesande).
Se la sfera viene scaldata sufficientemente, non passerà più attraverso l’anello
poiché con il riscaldamento ha subito un aumento di volume e quindi di raggio. Si
può però facilmente verificare che la sua massa non ha subito alcuna variazione. Si
ha pertanto una diminuzione della densità quando la temperatura aumenta.
Questo
comportamento
è
caratteristico
di
moltissime
sostanze,
indipendentemente dallo stato fisico in cui si trovano: con l’aumentare della
temperatura la densità diminuisce.
Come già enunciato un'eccezione notevole è costituita dall'acqua a temperatura
compresa tra 0°C e circa 4°C; in questo intervallo un aumento di temperatura
provoca una diminuzione del volume e quindi un aumento della densità.
57
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Densità nei Fluidi e Temperatura
Per i liquidi, che assumono la forma del recipiente che li contiene, la misura della
densità si effettua con il picnometro, un recipiente di cui si conosce il volume con
precisione, oppure con matraccio tarato. Il rapporto tra la massa del liquido in
esame ed il suo volume è la densità.
Anche per i gas la misura della densità va fatta con speciali picnometri che
vengono riempiti con il gas in esame alla pressione di 1 atm. Poiché il volume di un
gas varia con la pressione e la temperatura, questi due parametri devono essere
specificati quando si dà la densità di un gas.
La densità di un gas, misurata in condizioni standard (P = 1 atm e T = 4 °C), viene
definita densità normale e corrisponde al rapporto tra il peso molecolare (espresso
in g) e il volume molare (22,414 litri).
Sia per i fluidi che per solidi, la densità dipende dalla temperatura in quanto,
generalmente, il volume di un solido varia al variare della temperatura.
58
wwww.teknologieimpianti.it
29
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
La Dilatazione Termica
La dilatazione termica è il fenomeno fisico che accade quando in un corpo sia
liquido, sia gassoso, sia solido si verifica un aumento di volume.
A livello atomico, si spiega con la variazione dell'oscillazione degli atomi attorno ad
un punto di equilibrio, che normalmente viene identificato con la lunghezza di
legame.
In realtà l'oscillazione non è simmetrica, ma è maggiore nel senso
dell'allontanamento dal punto di equilibrio. A livello macroscopico ciò si traduce in
un aumento del volume del materiale con l'aumento della temperatura.
Come si desume dal nome, il materiale si dilata in risposta all'aumento di
temperatura. Nel caso l'andamento di tale dilatazione in funzione della variazione
di temperatura sia lineare resta definito il coefficiente di dilatazione termica. Nei
corpi solidi, avvengono tre tipi di dilatazione: dilatazione cubica, dilatazione
lineare e dilatazione superficiale.
59
Nell'esempio della figura, la
pallina
che
passa
facilmente attraverso il foro
quando è fredda, non ci
riesce dopo che è stata
riscaldata e si è dilatata.
Allo stesso modo in estate,
all'aumentare
della
temperatura, si allungano i
binari del treno, i ponti in
cemento armato, i fili
dell'alta tensione, ecc..
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
La Dilatazione nei Solidi
Nel 1976, nel corso di un'estate particolarmente calda, i giornali riportarono la notizia che un treno era
deragliato perché, a causa dell'eccezionale surriscaldamento, le rotaie si erano allungate e avevano strappato
gli ancoraggi. Supponendo che esse si fossero riscaldate da +25 a +85 °C, ossia di 60 K, la dilatazione lineare,
calcolata con la formula seguente:
Δl = l0 * α * (tF – tI)
Δl = Dilatazione Lineare, l0 = Lunghezza iniziale, α = Coefficiente di dilatazione termico, tF = Temperatura
Finale e tI = Temperatura Iniziale.
Per evitare l'insorgere di tensioni nei tratti di tubazioni molto lunghi, e quindi la perdita di tenuta, vengono
inseriti compensatori anche a forma di lira, detti perciò "lire" di dilatazione o dei giunti detti giunti di
compensazione.
Tra le temperature di O e + 100 °C, la dilatazione della maggior parte dei corpi è pressoché uniforme. La
dilatazione di alcuni metalli in funzione della temperatura ha portato alla costruzione dei termometri
bimetallici e degli interruttori termici (klixon).
Vetro 0,000008 1/K, Acciaio 0,000011 1/K, Ottone 0,000019 1/K, Zinco 0,000030 1/K e Rame 0,0000161/K
60
wwww.teknologieimpianti.it
30
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
La Dilatazione dei Liquidi
In natura anche i liquidi si dilatano quando vengono riscaldati e si contraggono se raffreddati.
L'acqua, tuttavia, costituisce un caso particolare, perché si contrae tra 0 e +4 °C e comincia a dilatarsi soltanto a
partire da quest'ultima temperatura. Solo alla temperatura di 8 °C essa torna ad assumere il medesimo volume
che aveva a 0 °C.
Il coefficiente di dilatazione volumica dell'acqua y aumenta con la temperatura: è pari a 0,00018 l/K a +18 °C e
a 0,00078 l/K a +100 °C. L'acqua ha dunque la sua massima densità a +4 °C e ciò spiega perché un lago o uno
stagno inizia sempre a gelare dalla superficie.
Quando un vento freddo soffia sulla superficie di un lago, lo strato d'acqua superficiale si raffredda e, poiché
diventa più pesante a causa dell'incremento della sua densità, si sposta verso il fondo; al contempo l'acqua più
calda risale in superficie.
Si stabilisce così un movimento dal basso all'alto e viceversa fin quando la temperatura dell'acqua non
raggiunge i +4 °C in tutti i punti. Lo strato superficiale continua progressivamente a raffreddarsi, per cui esso
diventa più leggero e rimane in superficie. Infine si ha la formazione di uno strato di ghiaccio via via più
spesso. In fondo al lago la temperatura si attesta sui +4 °C, il che consente la sopravvivenza degli organismi
presenti.
61
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
La Dilatazione dei Gas
Lo stato fisico di un GAS è determinato dalla Temperatura, dal Volume e dalla pressione che
costituiscono quelle che si chiamano grandezze di stato.
In via generale, si chiamano gas tutte le sostanze che si presentano allo stato di fluido espandibile e
comprimibile.
Un gas perfetto è una sostanza gassosa che liquefa solo a temperature molto inferiori a 0 °C e che in natura
non esiste allo stato liquido. È il caso ad esempio dell' ossigeno, dell' idrogeno, dell' azoto e dell' aria.
Un gas reale è una sostanza gassosa che liquefa facilmente nelle normali condizioni di temperatura e
pressione (20°°C e 1.013 bar).
È il caso ad esempio dell'ammoniaca, dell'anidride solforosa e del cloro.
62
wwww.teknologieimpianti.it
31
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Equazione di Stato dei Gas Perfetti
Soltanto i gas perfetti seguono rigorosamente le leggi che andremo ad enunciare (non a caso dette anche
leggi dei gas perfetti).
Tuttavia queste leggi possono essere applicate anche ai gas reali, in quanto le differenze che essi presentano
rispetto ai gas perfetti sono in genere molto modeste.
La sua espressione più comune è:
P*V=n*R* T
in cui
P è il valore della pressione del gas;
V è il volume occupato dal gas;
n sono le moli del gas;
R è la costante universale dei gas, il valore varia in funzione delle unità di misura. (nel SI R = 8,314472 J / mol * K)
T è la temperatura assoluta del gas, espressa in kelvin.
63
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
La Dilatazione dei Gas
Da ciò si deduce come il comportamento di un gas venga descritto da tre grandezze quali pressione,
volume e temperatura. Vedremo ora quale sarà il rapproto fra due di queste tenendo ferma la terza.
Primo Caso:
A pressione costante (tenendo ferma la pressione) il volume di una massa di gas e
direttamente proporzionale alla sua temperatura. Ovvero se aumento il volume aumenta
la temperatura del gas e viceversa.
Secondo Caso: A temperatura costante, il volume di una massa di gas è inversamente proporzionale
alla sua pressione. Si prenda ad esempio un cilindro se comprimo il gas al suo interno
dimezzando il volume la pressione raddoppia e se aumento il volume la pressione dimezza. Si
dice che in questo le due grandezze sono inversamente proporzionali.
Terzo Caso:
64
A volume costante la pressione è direttamente proporzionale alla temperatura. Ovvero
se fingessimo di avere un qualunque circuito in pressione privo di vaso di espansione (che
tramite una variazione di volume consente di stabilizzare la pressione) noteremmo che
elevando la temperatura del circuito in automatico si eleverebbe anche la pressione e
diminuendola la presionne andrebbe a calare.
wwww.teknologieimpianti.it
32
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Altre
Derivate
65
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Regole di Scrittura
1. Quando si usano i simboli, questi devono essere indicati con l'iniziale minuscola, ad eccezione di quelli in cui
l'unità di misura deriva dal nome di una persona;
2. ad esempio, per il chilogrammo si scrive kg e non Kg, mentre il simbolo SI della pressione, dedicato a
Blaise Pascal, è Pa, mentre l'unità di misura viene scritta per esteso in minuscolo pascal.
3. Il secondo è s e non sec, il grammo g e non gr. L'unica eccezione è permessa per il litro dove è accettabile sia
la l che la L.
4. Al contrario delle abbreviazioni, i simboli del SI non devono mai essere seguiti da un punto (per il metro: m e
non m.);
5. essi devono inoltre seguire il valore numerico e non precederlo (si scrive 20 cm, e non cm 20) con uno spazio
tra i numeri ed i simboli: 2,21 kg, 7,3 · 102 m².
6. Nelle unità di misura composte, (ad esempio il newton metro: N m) i simboli delle singole unità devono
essere separati da uno spazio o da un punto a mezza altezza;
66
wwww.teknologieimpianti.it
33
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Regole di Scrittura
7. non è ammesso l'uso di altri caratteri, come ad esempio il trattino: ad esempio si può scrivere N m oppure
N·m, ma non N-m.
8. In caso di divisione fra unità di misura, si può usare la frazione / (o la barra orizzontale) o un esponente
negativo: ad esempio J/kg o J kg-1 o J·kg-1.
9. Qualora necessario, gruppi di unità di misura si possono mettere fra parentesi: J/K mol o J/K·mol o J·K-1·mol1 o J (K·mol)-1.
10. È preferibile non usare il corsivo o il grassetto per i simboli, in modo da differenziarli dalle variabili
matematiche e fisiche (ad esempio, m per la massa, l per la lunghezza).
67
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Conversione di Misura
68
wwww.teknologieimpianti.it
34
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Conversione di Misura
69
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Conversione di Misura
70
wwww.teknologieimpianti.it
35
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Conversione di Misura
71
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 2
Il Sistema Internazionale delle Unita di Misura - Le Grandezze Derivate
Conversione di Misura – Casi Particolari
Per definizione 1 bar = 105 Pa (utile perché circa uguale alla vecchia atmosfera tecnica at)
In passato si distingueva tra piccola caloria (cal) e grande caloria (Cal), tenendo conto che:
1 Cal = 1000 cal = 1 Kcal
Nel vecchio Sistema Tecnico, quando la macchina in questione è un gruppo frigorifero, oppure quando si
determina il carico frigorifero di un edificio, si preferisce usare la frigoria (Frig) al posto della Kcal (qualcuno dice
che la Frig è la Kcal negativa). Va tenuto presente che 1 Frig = 1 Kcal.
Come potenza di una macchina termica, nei paesi anglosassoni, è tuttora usato il Ton:
1 Ton = 3024 Kcal/h = 3.507,8 W
quando si considerano grosse quantità di energia, si fa spesso uso della Tonnellata equivalente di petrolio:
1 Tep = 107 kcal = 41.868 GJ
72
wwww.teknologieimpianti.it
36
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Calore ed Energia Termica
Dal punto di vista microscopico, l'energia termica di un sistema rappresenta l'energia
cinetica media Ec delle particelle del sistema, che tiene conto dei movimenti di
traslazione, di rotazione e di vibrazione delle particelle, ed aumenta all'aumentare
della temperatura.
Può essere espressa da:
dove
è la costante di Boltzmann e T è la temperatura assoluta.
73
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Calore
Tutti i corpi sono costituiti da molecole, soggette a dei moti continui tra loro. Il calore
non è altro che questo moto. Fornendo calore ad un corpo se ne aumenta
l'agitazione molecolare. Sottraendo invece calore l'agitazione molecolare viene ad
essere rallentata, fino ad arrestarsi del tutto alla temperatura dello zero assoluto (273°C). In questa condizione tutto il calore risulta estratto dal corpo.
Il calore tende naturalmente a fluire da dove è presente a un livello maggiore, verso
dove è presente a un livello minore. Questa è una condizione molto importante
poichè determina ciò che noi chiamiamo "freddo". Infatti in natura non si può parlare
di freddo ma solo di calore, che può trovarsi a livelli diversi.
Possiamo ora anticipare una considerazione: tutte le macchine cosiddette frigorifere
non "producono freddo" bensì sottraggono calore ai corpi o ai fluidi che devono
trattare. Infatti il frigorifero è una macchina dotata di un vano freddo, la quale
trasferisce all’ambiente esterno il calore che il vano contiene in eccedenza rispetto al
livello desiderato. Il frigorifero svolge questo lavoro impiegando i tre diversi modi
con cui il calore si trasferisce: Conduzione, Convezione e Irragiamento.
74
wwww.teknologieimpianti.it
37
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Calore
Il calore è energia che il nostro sistema scambia con l’esterno attraverso il contorno. Il calore non è quindi
posseduto dal sistema ma è energia che viene identificata come calore solo nel momento in cui attraversa il
contorno del sistema stesso.
Oltre ai cambiamenti di stato la variazione di energia interna può provocare la dissociazione io l’aggregazione in
componenti diversi ; è questo, ad esempio il caso della combustione.
Altra caratteristica del calore è che non può venire immagazzinato ma deve essere immediatamente convertito in
qualche altra forma di energia dopo che ha attraversato il contorno del sistema.
Il calore passa spontaneamente dai corpi a temperatura più alta a quelli a temperatura più bassa. Per
convenzione si assume che il calore sia positivo quando entra nel sistema e sia negativo quando viene rimosso
dal sistema (esce dal sistema).
Per concludere si definisce processo adiabatico un processo in cui non avviene nessuno scambio di calore.
Nel caso in cui si parli di scambio di calore per unità di tempo si ottiene una potenza W [J/s].
75
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Unità di Misura del Calore
La quantità di calore contenuta in un corpo non si misura direttamente; ma si ottiene per differenza nel corso
dello scambio termico con un corpo di riferimento.
La misura si effettua mediante complesse apparecchiature denominate calorimetri. L'unità di misura scientifica
della quantità di calore è il joule (pronunzia "Giaul"). Nell'uso pratico si impiega comunemente la chilocaloria
(kcal), unità che equivale alla quantità di calore che è necessario fornire a un kg di acqua per innalzarne di un
grado la temperatura (in condizioni standard, cioè a pressione atmosferica e nell'intervallo tra 14,5 c 15,5°C).
Mantiene lo stesso nome di chilocaloria l'unità di misura della quantità di calore che e necessario sottrarre per
ottenere un abbassamento di temperatura. Si considera ormai improprio l'uso del termine Frigoria nel senso di
Chilocaloria sottratta.
Nei paesi anglosassoni ha trovato largo impiego la British Thermal Unit (BTU). Questa unità di misura della
quantità di calore, che vale 0,252 kcal, si trova quindi frequentemente citata nel materiale illustrativo di
apparecchiature provenienti da tali paesi, ma andrà in disuso in base a recenti accordi internazionali.
Si tenga presente che:
1 Kcal = 4.186,8 J
76
wwww.teknologieimpianti.it
38
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Principio ZERO
l principio zero della termodinamica (detto talvolta zeresimo principio della termodinamica) stabilisce che, se un
corpo A è in equilibrio termico con un corpo B, e se il corpo B è a sua volta in equilibrio termico con un altro
corpo C, allora A è senz'altro in equilibrio termico con il corpo C. Tale legge puo` essere espressa in termini
matematici nel seguente modo:
dove con T è indicata la temperatura dei corpi A, B e C.
Sebbene sembri immediato, questo principio non può essere dimostrato a partire dagli altri principi della
termodinamica, e va quindi specificato a parte.
Questo principio viene utilizzato per effettuare una misura della temperatura, se viene intesa come proprietà
che determina se un corpo è in equilibrio termico con altri corpi oppure no. Due corpi in equilibrio termico fra
loro sono alla stessa temperatura. Sebbene sia concettualmente un'assunzione basilare, la sua funzione è stata
riconosciuta dopo la formulazione e la popolarizzazione del primo e secondo principio della termodinamica, ed
è stato pertanto deciso di attribuirgli il nome di "principio zero".
77
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Primo Principio della Termodinamica
L’energia (calore + Lavoro) non si crea, non si distrugge ma si trasforma.
Quando un corpo viene posto a contatto con un altro corpo relativamente più freddo, avviene una
trasformazione che porta a uno stato di equilibrio, in cui sono uguali le temperature dei due corpi.
Il primo principio è dunque un principio di conservazione dell'energia. In ogni macchina termica una certa
quantità di energia viene trasformata in lavoro: non può esistere nessuna macchina che produca lavoro senza
consumare energia. Una simile macchina, se esistesse, produrrebbe infatti il cosiddetto moto perpetuo di prima
specie.
78
wwww.teknologieimpianti.it
39
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Secondo Principio della Termodinamica – L’ENTROPIA
Un secondo concetto che si trova in termodinamica è l’entropia. Questa grandezza fornisce un mezzo per
stabilire se un determinato processo può avere luogo in maniera naturale oppure no.
Infatti i processi che aumentano il livello entropico sono possibili quelli che lo diminuiscono sono impossibili.
Questo concetto è alla base del secondo principio della termodinamica.
Questo principio tiene conto del carattere di irreversibilità di molti eventi termodinamici, quali ad esempio il
passaggio di calore da un corpo caldo ad un corpo freddo. Nella formulazione di Clausius, si afferma che è
impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di trasferire calore da un corpo più
freddo a uno più caldo.
Nella formulazione di Kelvin-Planck, si afferma che è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico
risultato preveda che tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea sia interamente trasformato in lavoro.
Non è possibile - nemmeno in linea di principio - realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al
100%.
Nella fisica moderna però la formulazione più ampiamente usata è quella che si basa sulla funzione entropia: in
un sistema isolato l'entropia è una funzione non decrescente nel tempo.
79
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Terzo Principio della Termodinamica
Questo principio, infine, stabilisce che l’entropia di qualunque sistema termodinamico posto alla temperatura
dello zero assoluto è nulla.
Come il secondo principio, a cui è strettamente legato, questo stabilisce l'impossibilità di una certa classe di
fenomeni: la formulazione classica di questo principio afferma che non è possibile raggiungere lo zero assoluto
tramite un numero finito di operazioni (ovvero di trasformazioni termodinamiche).
Un'altra formulazione più moderna, ma equivalente, afferma che nello stato a minima energia l'entropia ha un
valore ben definito che dipende solo dalla degenerazione dello stato fondamentale.
80
wwww.teknologieimpianti.it
40
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
ENTROPIA
In fisica l'entropia è una grandezza che viene interpretata come una misura del disordine di un sistema fisico o
più in generale dell'universo.
Viene generalmente rappresentata dalla lettera S. In termodinamica classica, S è una funzione di stato, che
quantificando l'indisponibilità di un sistema a produrre lavoro. Quando un sistema passa da uno stato ordinato
ad uno disordinato la sua entropia aumenta, questo fatto fornisce indicazioni sulla direzione in cui evolve
spontaneamente un sistema.
Nel Sistema Internazionale si misura in joule su kelvin (J/K).
ogni volta che una certa quantità di energia viene convertita da uno stato ad un altro si ha una
penalizzazione che consiste nella degradazione di una parte dell'energia stessa in forma di calore,
in particolare questa parte non sarà più utilizzabile per produrre lavoro.
81
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
ENTALPIA
L'entalpia, solitamente indicata con H, è una funzione di stato che esprime la quantità di energia che un sistema
termodinamico può scambiare con l'ambiente.
L'entalpia è definita dalla somma dell'energia interna e del prodotto tra volume e pressione di un sistema. 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.
L'entalpia si misura in joule (SI, Sistema internazionale) o in calorie e quindi è in tutto e
per tutto un sinonimo di calore. Parlare di Entalpia o parlare di Calore vedremo in
seguito che risulterà essere la stessa medesima cosa.
82
wwww.teknologieimpianti.it
41
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Il Calore Specifico
Ogni sostanza manifesta un comportamento individuale nei confronti del calore. Si definisce calore specifico di
una sostanza la quantità di calore che è necessario fornire per innalzare di 1 °C di temperatura di 1 kg della
stessa sostanza.
Nel caso dell'acqua si è stabilito per convenzione che tale quantità di calore equivalga a 1 kcal. Altre sostanze di
uso comune hanno valori inferiori di calore specifico, ad esempio:
acciaio 0,118 (kcal/kg ·C), alluminio 0,217 (kcal/kg ·C), ghiaccio 0,504 (kcal/kg ·C), acqua 1 (kcal/kg "C)
Come si vede dalla tabella, il ghiaccio ha un calore specifico pari alla metà di quello dell'acqua di cui è costituito.
Ciò introduce un concetto molto importante; il calore specifico di una sostanza non è una grandezza fissa, ma
varia col variare delle condizioni di temperatura e di pressione alle quali la sostanza stessa è soggetta.
In generale, il calore specifico si riduce notevolmente una volta oltrepassato il punto di congelamento della.
sostanza in esame. Nella pratica della refrigerazione, la nozione di calore specifico è importante perché fornisce
un'indicazione della quantità di calore che è necessario sottrarre per refrigerare a una data temperatura un dato
peso di una data sostanza. E’ quindi uno degli elementi di calcolo per il dimensionamento dell'impianto
frigorifero.
83
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
Il Calore Specifico
Esistono infiniti modi per esprimere il calore
specifico di una sostanza, poiché dipende dalla
trasformazione termodinamica a cui è sottoposta.
Si utilizzano quindi in pratica due valori, riferiti a
una trasformazione isobara (trasformazione a
pressione costante) oppure isocora (trasformazione
a volume costante).
Il calore specifico rispettivamente a pressione
costante viene simboleggiato con CP, e il calore
specifico a volume costante viene simboleggiato
con CV.
Cp > Cv
84
wwww.teknologieimpianti.it
42
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
I metodi di Trasmissione del Calore
Si parla di trasmissione del calore quando dell'energia termica transita per effetto di un gradiente di
temperatura.
Il gradiente di temperatura costituisce la "forza spingente" affinché ci sia passaggio o trasferimento di calore
nella direzione dal corpo a temperatura maggiore, verso un altro che si trovi a una temperatura minore.
I modi conosciuti fino ad oggi della trasmissione del calore che sono:
irraggiamento - convezione - conduzione
La trasmissione del calore può avvenire naturalmente (senza spendere energia) sia forzatamente (spendendo
energia) nel primo caso si fa un trasferimento da un ambiente a temperatura maggiore ad uno a temperatura
minore.
Nel secondo caso quando si trasferisce calore da un ambiente a temperatura minore ad un ambiente a
temperatura maggiore è necessario effettuare un lavoro con impegno di energia.
85
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
La Conduzione
Per conduzione termica si intende la trasmissione di calore che avviene in un mezzo
solido, liquido o gassoso dalle regioni a più alta temperatura verso quelle con
temperatura minore per contatto molecolare diretto (le altre modalità di passaggio - o
trasferimento - del calore sono l'irraggiamento e la convezione).
Il principio alla base della conduzione è diverso a seconda della struttura fisica del
corpo: se la conduzione termica avviene nei gas è dovuta alla diffusione atomica e
molecolare, se invece avviene nei liquidi e nei solidi è a causa di onde elastiche; nei
materiali metallici il fenomeno è principalmente dovuto alla diffusione degli elettroni
liberi dato che è trascurabile il contributo dell'oscillazione elastica del reticolo
cristallino.
La conducibilità termica diminuisce all'aumentare della temperatura e del peso
molecolare, mentre aumenta debolmente all'aumentare della pressione. La
conducibilità termica può essere stimata al variare della temperatura ridotta e della
pressione ridotta per via grafica, utilizzando un diagramma generalizzato
86
wwww.teknologieimpianti.it
43
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
La Convezione
La convezione è un tipo di trasporto causato da un gradiente di pressione e dalla forza
di gravità, assente nei solidi e trascurabile per i fluidi molto viscosi, caratterizzato da
moti di circolazione interni al fluido.
Il moto convettivo risultante è uno stato di moto caratterizzato da un alto grado di
miscelazione, che dipende dal regime idrodinamico: in particolare, in regime laminare
il grado di miscelazione è più basso, mentre in regime turbolento il grado di
miscelazione è maggiore, e di conseguenza i coefficienti di scambio sono più elevati.
Il fenomeno della convezione termica si ha quando un fluido (come l'acqua o l'aria)
entra in contatto con un corpo la cui temperatura è maggiore di quella del fluido
stesso. Aumentando di temperatura, il fluido a contatto con l'oggetto si espande e
diminuisce di densità, e a causa della spinta di Archimede sale essendo meno denso
del fluido che lo circonda che è più freddo, generando così moti convettivi, in cui il
fluido caldo sale verso l'alto e quello freddo scende verso il basso (convezione
naturale).
87
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
L’Irragiamento
Al contrario della conduzione e della convezione, l'irraggiamento non prevede
contatto diretto tra gli scambiatori, e non necessita di un mezzo per propagarsi.
Quindi è un fenomeno che interessa ogni aggregato materiale, non importa se solido,
liquido o gassoso, e avviene anche nel vuoto. Questo è giustificato dal fatto che il
trasferimento di calore per irraggiamento avviene sotto forma di onde
elettromagnetiche.
Si ha sia emissione che assorbimento di radiazione elettromagnetica. È un fenomeno
che si presenta ad ogni temperatura, ma solo a temperature abbastanza elevate il
contributo allo scambio termico per irraggiamento supera i contributi per conduzione
e convezione.
La quantità di calore emessa da un corpo per irraggiamento è infatti proporzionale a
T4, cioè alla quarta potenza della sua temperatura. Al crescere della temperatura la
sua importanza aumenta rapidamente fino a diventare il principale artefice della
trasmissione del calore per temperature medio-alte.
88
wwww.teknologieimpianti.it
44
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 3
Elementi di Termodinamica di Base
L’Irragiamento
Fisicamente l'irraggiamento consiste nell'emissione di onde elettromagnetiche generate dagli atomi e molecole
eccitati dall'agitazione termica, che si diseccitano emettendo fotoni di lunghezza d'onda proporzionale alla loro
temperatura: per esempio i corpi a temperatura ambiente emettono fotoni nella gamma degli infrarossi, che per
questo sono anche detti raggi termici.
Corpi molto freddi irradiano microonde (quelli vicini allo zero assoluto semplici onde radio), mentre i corpi molto
caldi arrivano ad emettere luce visibile, dapprima rossa (temperatura del cosiddetto calor rosso, circa 700 C°) poi
sempre più bianca (temperatura del calor bianco, circa 1200 C°): man mano che la temperatura aumenta, la
frequenza della luce emessa aumenta fino ai raggi ultravioletti, e ai raggi X.
Il calore scambiato per irraggiamento si trasmette prevalentemente dal corpo a temperatura maggiore a quello a
temperatura minore; in realtà, l’energia si propaga in entrambe le direzioni, ma con minore intensità da quello
freddo a quello caldo. Infatti, se un corpo emanasse soltanto e non assorbisse mai energia elettromagnetica, la
sua temperatura raggiungerebbe lo zero assoluto.
L’emissione e l’assorbimento dipendono dalla frequenza della radiazione, dalla natura del corpo e da alcune
caratteristiche della sua superficie; un corpo avente una superficie scura è un buon assorbitore, mentre un corpo
avente una superficie chiara è un buon emettitore.
89
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Stati di Aggragazione della Materia
CORPI sono gli oggetti con le loro proprieta' contingenti, vale a dire dimensioni, forma, peso, ecc.
SOSTANZA e la materia che costituisce i corpi, indipendentemente dalle suddette proprieta'.
La materia presenta tre strati di aggregazione:
solido
liquido
aeriforme
sono solide le sostanze in cui le forze di coesione hanno notevole intensita', tale da determinare la costanza di
volume e di forma (salvo l'intervento di azioni meccaniche esterne);
sono liquide le sostanze, in cui le forze di coesione sono di gran lunga minori delle precedenti, che assumono
la forma del recipiente in cui sono introdotte, pur avendo volume proprio.
sono aeriformi le sostanze che, a causa delle ridottissime forze di coesione che legano le loro molecole, non
possiedono volume ne' forma propria.
90
wwww.teknologieimpianti.it
45
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Gas o Vapore?
Per chiarire la differenza tra gas e vapori occorre definire l'esistenza di una temperatura critica al di sopra della
quale nessun aeriforme puo' venire liquefatto, anche se sottoposto a pressioni elevatissime.
Si definiscono gas gli aeriformi che stanno a temperatura superiore della loro temperatura critica, vapori quelli
che ne stanno al di sotto.
SOSTANZE
La temperatura critica e' caratteristica
di una sostanza, vedi tabella seguente.
«vapore» quando l'aeriforme si trova
ad una temperatura prossima a
quella di ebollizione alla pressione cui
e' sottoposto;
193,0
Ammoniaca
132,4
Anidride carbonica
31,1
Metano
-82,6
Propano
«gas»
quando
la
temperatura
dell'aeriforme e' sufficientemente
lontana da quella di ebollizione.
TEMPERATURE CRITICHE (°C)
Etere etilico
96,0
Ossido di carbonio
-140,2
Aria (media)
-140,0
Ossigeno
-118,8
Azoto
-147,0
Idrogeno
-240,0
Acqua
374,0
Cloro
91
144,0
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Cambiamenti di stato - Evaporazione
E' noto dalla fisica che quasi tutte le sostanze possono, in particolari
condizioni di pressione e di temperatura, subire dei cambiamenti di
stato fisico, passare cioe' da solido a liquido (o viceversa) oppure da
liquido ad aeriforme (o viceversa).
Il cambiamento di stato fisico da liquido ad aeriforme puo' avvenire
secondo due modalita' diverse: per "evaporazione" o per "ebollizione" (o
vaporizzazione). Il fenomeno dell'evaporazione e' una spontanea
caratteristica di tutte o quasi le sostanze liquide; esso viene in qualsiasi
condizione di temperatura e pressione ma in modo lento e graduale,
interessando solo le particelle liquide che formano la superficie libera.
Alcuni liquidi evaporano molto
facilmente, ed anche piuttosto
rapidamente (liquidi facilmente
volatili) mentre per gli altri, il
fenomeno e' talmente lento da non
risultare apprezzabile.
92
Alcuni liquidi evaporano molto facilmente, ed anche piuttosto
rapidamente (liquidi facilmente volatili) mentre per gli altri, il fenomeno
e' talmente lento da non risultare apprezzabile.
wwww.teknologieimpianti.it
46
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Cambiamenti di stato - Ebollizione
Le cose cambiano notevolmente se il passaggio fra i due stati (liquido/aeriforme)
viene artificialmente affrettato mediante somministrazione di calore dall'esterno: il
liquido inizialmente aumenta la sua temperatura fino ad un valore - che per ogni
singola sostanza dipende esclusivamente dalla pressione che su di essa viene
esercitata - oltre il quale il fenomeno inizia in modo rapido e tumultuoso
interessando tutta la massa.
Si nota che durante lo
svolgimento del fenomeno
(cioè fino a quando tutto il
liquido si e' vaporizzato) la
temperatura
rimane
costante, pur continuando
a somministrare calore
dall'esterno.
Si nota che durante lo svolgimento del fenomeno (cioè fino a quando tutto il
liquido si e' vaporizzato) la temperatura rimane costante, pur continuando a
somministrare calore dall'esterno.
Tale temperatura viene definita "temperatura di ebollizione" della sostanza in
questione. Completata la trasformazione, tutto il liquido si e' trasformato in vapore
la cui temperatura, nell'istante finale, e' sempre eguale a quella di ebollizione.
Continuiamo a dare calore, il vapore aumenta la sua temperatura allontanandosi
cosi' dalle condizioni che favoriscono il cambiamento di stato.
93
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Passaggi di Stato
E' possibile cambiare lo stato di un corpo
riscaldandolo o raffreddandolo.
GASSOSO
Durante tutta la durata del cambiamento
di stato, la temperatura del corpo resta
costante
Sotto una stessa pressione, il
cambiamento di stato si effettua sempre
alla stessa temperatura.
Guarda le frecce:
1. Assorbimento di calore
2 - Solidificazione
SOLIDO
94
1 - Fusione
LIQUIDO
2. Restituzione di calore
wwww.teknologieimpianti.it
47
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Passaggi di Stato
Fornire o sottrarre calore a una sostanza può provocare un cambiamento di stato, cioè una variazione nello
stato di aggregazione della materia. Se la temperatura scende sotto lo zero, l'acqua diventa ghiaccio.
Cos'è accaduto? I legami tra le molecole, che tendono a mantenerle fisse in determinate posizioni, hanno
prevalso sull'agitazione termica, che tende a farle oscillare intorno alle loro situazioni d'equilibrio.
Quando si scalda un blocco di ghiaccio, il calore fornito va ad aumentare l'ampiezza delle oscillazioni, sinché si
provoca una parziale rottura dei legami: le molecole sono libere di scorrere le une sulle altre e si entra nella
fase liquida.
Continuando a fornire calore, anche gli ultimi legami rimasti si spezzano e ogni molecola diventa libera di
muoversi nello spazio: questa è la fase gassosa o fase di vapore.
L'energia spesa per provocare un cambiamento di stato viene restituita quando la sostanza torna alle condizioni
precedenti:
Il calore necessario a provocare l’evaporazione viene restituito in fase di
condensazione.
95
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Passaggi di Stato – LA FUSIONE
Rappresenta il processo di transizione di fase dallo stato solido allo stato
liquido. La temperatura a cui avviene il cambiamento di stato si chiamata punto
di fusione.
Quasi tutte le sostanze solide diventano liquide quando sono portate ad una
certa temperatura, quasi tutte le sostanze liquide diventano solide se sono fatte
raffreddare.
Tutti i liquidi possono essere solidificati senza che la loro costituzione chimica
sia compromessa, mentre non tutti i solidi possono essere fusi (legno).
La fusione non si manifesta per tutte le sostanze allo stesso modo, in alcuni casi la sostanza prima passa in uno
stato pastoso, in altre il passaggio è diretto.
Durante la fusione a pressione costante la temperatura non varia, ma occorre comunque continuare a fornire
calore. Questo calore è definito come:
CALORE LATENTE DI FUSIONE
96
wwww.teknologieimpianti.it
48
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Passaggi di Stato – LA SOLIDIFICAZIONE
Per ogni sostanza che passa dallo stato liquido a quello solido in modo brusco si
può affermare che:
Ogni sostanza che passa dalla stato liquido a quello solido, ad una data
pressione, comincia a solidificare ad una temperatura determinata e tipica della
sostanza stessa.
Durante la solidificazione a pressione costante la temperatura non cambia.
Sotto una data pressione il punto di solidificazione e fusione coincidono.
La quantità di calore ceduta nelal solidificazione è uguale a quella assorbita
dalla fusione.
97
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Passaggi di Stato – LA CONDENSAZIONE
La condensazione (anche detta liquefazione) è la transizione di fase dalla fase
gassosa alla fase liquida di una sostanza.
Tale trasformazione si può eseguire a temperatura costante, per compressione
se la temperatura del gas è inferiore a quella critica, oppure per raffreddamento
con una fonte esterna o per espansione adiabatica.
In ogni caso l'operazione di condensazione è esotermica ovvero cede sempre
e comunque calore.
Nel caso dei vapori, la condensazione può avvenire agendo solo sulla pressione,
nel caso dei gas con temperatura di evaporazione minore della temperatura
presente nell’ambiente occorre agire contestualmente su pressione e
temperatura.
Temperatura di rugiada: E’ la temperatura alla quale inizia il fenomeno della condensazione. Questa grandezza
è in funzione dell’umidità relativa e della temperatura dell’aria. Maggiore è l’umidità relativa tanto più la
temperatura di rugiada tende ad avvicinarsi alla temperatura dell’aria sino a raggiungerla per un valore di
umidità pari al 100% detto anche condizione di saturazione.
98
wwww.teknologieimpianti.it
49
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Passaggi di Stato – LA VAPORIZZAZIONE
L'ebollizione (o vaporizzazione) è il fenomeno fisico in cui si ha evaporazione
all'interno di un corpo liquido. In assenza di ebollizione, l'evaporazione si ha
solo sulla superficie del liquido, e rappresenta una transizione di fase.
Il gas che si forma durante l'ebollizione si addensa in ammassi detti "bolle", da
cui il nome del fenomeno. Le bolle gassose costituiscono la fase dispersa,
mentre il liquido circostante è detto fase continua. L'ebollizione si verifica
quando la tensione di vapore del liquido eguaglia la pressione.
Siccome la tensione di vapore non è mai nulla, abbassando sufficientemente la
pressione si può provocare l'ebollizione a temperature anche vicine al punto di
congelamento.
Per questo motivo, nello spazio esterno alla Terra non esistono corpi liquidi, se non racchiusi in atmosfere che
esercitino una sufficiente pressione gravitazionale. Viceversa, alzando la pressione a temperatura costante si
interrompe l'ebollizione. Siccome la tensione di vapore aumenta, all'aumentare della temperatura, si ha che, a
parità di pressione, raffreddando un liquido in ebollizione, l'ebollizione cessa, mentre scaldando un liquido non
in ebollizione, lo si porta in ebollizione.
99
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Passaggi di Stato – LA VAPORIZZAZIONE
La temperatura di ebollizione a una data pressione è una caratteristica di una sostanza o miscuglio, detta "punto
di ebollizione", determinata dai valori di temperatura e pressione in cui coesistono le fasi liquida e aeriforme di
una sostanza.
Durante il passaggio da fase liquida a fase gassosa, la sostanza assorbe una certa quantità di calore per vincere le
forze di attrazione che tengono uniti gli atomi o le molecole, e la temperatura rimane costante finché tutta la
massa liquida non è evaporata. La quantità di calore che occorre fornire in questa fase è detta:
CALORE LATENTE DI VAPORIZZAZIONE
Occorre tenere presente che il punto di ebollizione varia a seconda della pressione esterna cui la sostanza è
sottoposta.
Il calore latente di vaporizzazione è la quantità di calore che occorre fornire per fare evaporare un kilogrammo di
una sostanza liquida a partire dalla sua temperatura di ebollizione.
100
wwww.teknologieimpianti.it
50
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Passaggi di Stato – LA VAPORIZZAZIONE
Il vapore finché si trova in presenza del liquido che l’ha prodotto si dice VAPORE SATURO.
Conoscendo la temperatura del vapore sturo se ne può conoscere la pressione e viceversa.
Il vapore saturo di dice SECCO se non ha in sospensione particelle di liquido e UMIDO se ne ha.
Quando tutto il liquido si è trasformato in vapore, continuando a fornire calore, aumentano temperatura e
pressione del vapore che viene definito VAPORE SURRISCALDATO.
l calore latente (di trasformazione) è la quantità di energia per unità di massa necessaria per ottenere una
transizione di fase di una sostanza (cioè, ad esempio, per far passare la sostanza dallo stato solido a quello
liquido).
E' proprio su questo fenomeno di ebollizione (che può solo prodursi con l'assorbimento di calore) che è basata
la tecnica attuale di refrigerazione. Ma, nel caso dell'acqua, bisogna raggiungere 100°C per farla bollire; mentre
la maggior parte dei fluidi frigorigeni hanno una temperatura d'ebollizione (alla pressione atmosferica)
nettamente al di sotto di 0 °C.
E' così che l'R12 bolle a -29,8 °C e l'R22 a -40,8 °C.
101
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Calore Sensibile
Si definisce calore sensibile la quantità di calore impiegata per spostare la temperatura di una sostanza dalla
temperatura di partenza (per esempio dalla temperatura ambiente) alla temperatura alla quale è possibile il
cambiamento di stato rapido dell'intera massa di quella sostanza.
Nel caso dell'acqua, per elevare la temperatura dai 20°C dell'ambiente, ai 100°C ai quali, in condizioni normali di
pressione, inizia l'ebollizione. Abbiamo stabilito che questa quantità di calore è pari a una kcal per ogni chilo
d'acqua e per ogni grado di aumento della temperatura (in realtà questa quantità di calore non è costante al
variare della temperatura, ma nel nostro esempio le differenze sono trascurabili).
Se vogliamo portare a 100°C un chilo di acqua partendo dalla temperatura di 20°C dovremo dunque erogare
(100 - 20) = 80 kcal.
Allo stesso modo, so volessimo raffreddare un chilo d'acqua da 20·C a O °C dovremmo asportare calore pari a 20
kcal. Se a questo punto cessasse l'apporto della sottrazione di calore (trascurando l'influenza della temperatura
ambiente) noi rimarremmo indefinitamente in presenza di un'acqua a 100°C che non evapora, o di un'acqua a
O°C che non si solidifica in ghiaccio.
La quantità di calore fornito in un caso e asportato nell'altro è infatti quella sufficiente a determinare la
variazione di temperatura che è richiesta per consentire il cambiamento di stato.
102
wwww.teknologieimpianti.it
51
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Calore Latente
Fornendo calore sensibile o asportandolo, noi abbiamo accelerato o rallentato i moti molecolari in una misura
che ha riscontro nella corrispondente variazione di temperatura.
Sappiamo però che un cambiamento di stato non consiste solo in una variazione dei moti molecolari, ma anche
in una modificazione dell'assetto di aggregazione della sostanza e cioè in una rottura di legami molecolari (nel
caso della fusione e della vaporizzazione) o in una creazione di nuovi legami (nel caso della condensazione e
della solidificazione).
Per consentire che ciò avvenga, è necessario fornire o asportare molta più energia, cioè molto più l calore.
Questa seconda quantità di calore, che viene, assorbito o ceduto dalla sostanza durante il cambiamento di stato
senza ulteriore variazione di temperatura (e quindi in modo non apparente) si definisce calore latente.
Il calore latente di evaporazione è una quantità rilevante di calore, spesso maggiore di quella necessaria al
semplice innalzamento della temperatura del liquido.
Nel caso dell'acqua sono necessarie (come abbiamo visto) 80 kcal per portare un kg di liquido da 20 °C a 100 °C.
Per ottenere la completa trasformazione in vapore dell'intera quantità di acqua è necessario fornire altre 540
kcal, che rappresentano l'energia richiesta dalla rottura dei legami molecolari.
103
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Surriscaldamento e Condensazione
Quando si fornisce calore ad un vapore saturo si ottiene vapore surriscaldato. Il calore fornito si chiama calore
di surriscaldamento.
Visto che è già avvenuta l’evaporazione rientra in gioco il calore sensibile che provoca come sappiamo un
aumento di temperatura.
Condensazione è il passaggio da vapore a liquido. Invece di fornire è questa volta necessario andare a sottrarre
una determinata quantità di calore perché avvenga detta trasformazione. La pressione determina quale è il
punto (la temperatura) da cui inizia ad avvenire la condensazione.
104
wwww.teknologieimpianti.it
52
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Calore Latente di Congelamento
Esiste anche un, calore latente di congelamento, che è necessario asportare da una sostanza dopo che essa è
stata parlata alla propria temperatura di congelamento.
Si tratta in genere di una grandezza meno rilevante di quelle riferite all'evaporazione, ma sempre importante
rispetto alle quantità di calore sensibile che entrano in gioco.
Nel caso di un kg di acqua a 20 °C, abbiamo sottratto 20 kcal per scendere alla temperatura di O °C. Dovremo
sottrarre altre 80 kcal per ottenere il completo congelamento dell'intera quantità di acqua, benché questo
cambiamento di stato avvenga senza ulteriore riduzione della temperatura.
Ogni sostanza, e in particolare ogni sostanza alimentare, ha un proprio calore specifico e un proprio calore
latente.
Nel caso della conservazione a temperature superiori a quella di congelamento, è sufficiente tener conto della
quantità di calore sensibile che occorre asportare per raffreddare la sostanza dalla temperatura ambiente a
quella di conservazione. Nel caso della surgelazione si dovrà tenere conto di tre grandezze:
1) la quantità di calore sensibile di raffreddamento sino al punto di congelamento; 2) la quantità di calore
latente di congelamento; 3) la quantità di calore sensibile di surgelazione necessaria per raggiungere i - 25°C.
105
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Calori Latenti a Confronto
106
wwww.teknologieimpianti.it
53
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 4
I Cambiamenti di Stato della Materia
Diagramma
Temperatura – Entalpia
1 – Calore Sensibile
2 – Calore Latente
107
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 5
L’Aria l’Umidità
L'aria svolge sempre la funzione di veicolo del calore, sia quando esso
deve esser trasportato dal contenuto della cella all'evaporatore, sia
quando si deve smaltire nell'atmosfera il calore ricevuto dal condensatore.
Non basta raffreddare un prodotto organico per conservarlo. L'aria che
tutto avvolge e che contiene sempre una certa quantità di vapore d'acqua
partecipa alle variazioni di temperatura in modo determinante ai fini della
conservazione.
L'aria fredda della cella può sottrarre ai prodotti umidità oltre che calore.
Per evitare che ciò provochi una perdita di freschezza dei cibi, occorre
determinare l'umidità dell'aria nella cella sin dalla fase di progetto del
sistema.
La più appariscente manifestazione
dell'aria umida sono le nuvole di un cielo
tempestoso.
L'aria si definisce satura quando abbia assorbito la massima quantità di
vapore possibile in quelle condizioni di temperatura e di pressione.
Le nuvole sono visibili in quanto il vapore si
è già parzialmente condensato in minute
gocce d'acqua allo stato liquido.
Il punto di rugiada è la temperatura alla quale l'aria raffreddata diviene
satura dando inizio alla condensazione del vapore in eccesso.
li vero vapore è un gas, invisibile sino a che
non ha inizio lo sua condensazione.
108
wwww.teknologieimpianti.it
54
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 5
L’Aria l’Umidità
Umidità Assulota e Umidità Relativa
L'umidità relativa è il rapporto tra la quantità di vapore presente nell'aria considerata e la quantità che l'aria
alla medesima temperatura potrebbe contenere se fosse satura.
L'umidità assoluta è il peso in grammi del vapore contenuto in un metro cubo di aria.
L'umidità assoluta e relativa è una variabile importante nel ciclo che l'aria compie nella cella trasferendo calore
dai prodotti all'evaporatore. L'aria che lascia l'evaporatore si riscalda durante il passaggio nella cella asportando
calore.
Quindi ritorna all'evaporatore e viene raffreddata sino a poter ricominciare il ciclo.
Con il raffreddamento avviene una deumidificazione dell'aria cioè una perdita di vapore d'acqua e una sua
condensazione in forma di brina che si addensa sull'evaporatore. Tornando a scaldarsi al contatto con i prodotti,
l'aria riacquista la capacità di assorbire altra umidità, che tende a sottrarre ai cibi alterandone le qualità e
facendone diminuire il peso.
Per evitare una sottrazione eccessiva di umidità occorre dimensionare l'evaporatore e tarare l'impianto
evitando che si verifichino differenze rilevanti tra la temperatura voluta nella cella e la temperatura di
evaporazione del fluido refrigerante. Più grande è la differenza tra le due temperature maggiore è la perdita di
umidità del contenuto della cella.
109
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 5
L’Aria Umida
SCHEDA OPERATIVA
Misuriamo l’umidità dell’aria
110
La misura dell'umidità relativa si effettua indirettamente mediante lo
psicrometro che è uno strumento costituito da due termometri
ugualmente tarati, uno dei quali ha il bulbo ricoperto da una garza umida.
Roteando lo strumento nell'aria in esame, o comunque facendo passare
l'aria sui due bulbi, si nota che la temperatura letta sul termometro a bulbo
umido è inferiore a quella letta sul termometro a bulbo asciutto. Il
raffreddamento del bulbo umido è dovuto all'asportazione di calore, che è
assorbito dall'evaporazione di parte dell'acqua che imbibisce la garza.
La temperatura del termometro a bulbo umido differisce da quella del
termometro normale tanto più quanto più l'aria misurata è secca, cioè ha
un basso valore di umidità relativa.
I prodotti alimentari conservati in cella frigorifera potrebbero cedere la
propria umidità. Poiché tale perdita provocherebbe una alterazione delle
qualità del prodotto, il controllo dell'umidità relativa dell'aria nella cella ha
una importanza fondamentale per l’efficienza dell’impianto.
wwww.teknologieimpianti.it
55
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 6
e per concludere … puntualizziamo un po’ di definizioni
RICORDIAMO CHE
1. UN GAS PERFETTO: è un gas in cui le molecole sono puntiformi e interagiscono tra loro e con
le pareti del recipiente mediante urti perfettamente elastici, non esistono forze di interazione a
distanza tra le molecole del gas e dette molecole sono identiche tra loro e indistinguibili. Quindi un
gas perfetto non può essere liquefatto per sola compressione e il calore specifico è costante, mentre
nei gas reali è funzione della temperatura.
2. UN SISTEMA SI DICE IN EQUILIBRIO: Quando i parametri che definiscono il suo stato,
pressione, temperatura, volume, ( nel caso di un fluido ) sono ben definiti e non variano nel tempo.
3. IL VAPORE SATURO: E’ un vapore che si trova in uno stato di equilibrio con la sua fase liquida,
in cui il numero di particelle che passano dalla fase liquida a quella gassosa è uguale al numero di
particelle che si condensano nel liquido; nel nostro caso può essere il vapore in presenza dell’ultima
goccia di liquido, nella parte finale dell’evaporatore, ormai alla fine della fase di evaporazione o il
vapore prossimo a condensare nel condensatore, nel punto ove si forma la prima goccia di liquido.
4. LIQUIDO SATURO: è il liquido in procinto di evaporare; siamo all’inizio della primissima fase di
evaporazione; viceversa, potremmo anche essere alla fine della fase di condensazione, nel punto in
cui nella parte liquida vi è ancora presenza dell’ultima bollicina di vapore.
111
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 6
e per concludere … puntualizziamo un po’ di definizioni
5. VAPORE SURRISCALDATO: Siamo nella fase in cui il fluido è presente totalmente nella fase
RICORDIAMO CHE
gassosa e si trova ad una temperatura superiore del punto di condensazione. Vedi il fluido in uscita
dall’evaporatore nel caso in cui sia però presente un minimo di surriscaldamento.
112
6. LIQUIDO SOTTORAFFREDDATO: Siamo nella fase in cui il fluido e’ presente totalmente nella
fase liquida ed in assenza del suo vapore e si trova ad una temperatura inferiore del punto di
evaporazione, vedi il liquido in uscita dal condensatore, o il liquido subito dopo l’organo di
laminazione e prima di entrare in evaporatore.
7. TEMPERATURA CRITICA: Varia da fluido a fluido, e corrisponde a quella temperatura al di
sopra della quale il fluido esiste solo in forma aeriforme o meglio allo stato di gas;
8. UN GAS: Si trova allo stato aeriforme e a temperatura ambiente non può essere liquefatto per
semplice compressione in quanto si trova al di sopra della sua temperatura critica; tradotto in altro
modo, per liquefarlo, devo prima portarlo al di sotto della sua Temperatura critica e poi pressarlo.
9. UN VAPORE: Si trova allo stato aeriforme e si trova ad una temperatura inferiore alla propria
temperatura critica. Può essere trasformato in liquido per semplice compressione senza la necessità
di doverlo raffreddare.
wwww.teknologieimpianti.it
56
06/11/2012
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
Parte 6
e per concludere … puntualizziamo un po’ di definizioni
10. PRESSIONE CRITICA: Possiamo parlare di pressione critica solamente se ci troviamo al
RICORDIAMO CHE
punto di temperatura critica e corrisponde alla pressione che dovremo applicare al fluido per farlo
liquefare quando questo si trova alla temperatura critica.
113
11. TRASFORMAZIONE: In termodinamica per trasformazione si intende il processo tramite il
quale un sistema passa da uno stato di equilibrio ad un altro.
12. TRASFORMAZIONE REVERSIBILE: E’ una trasformazione che, dopo aver avuto luogo, può
essere invertita riportando il sistema nelle condizioni iniziali, senza causare alcun cambiamento nel
sistema stesso e nell’universo; tradotto, non devo durante la trasformazione aver perso alcuna
forma di energia (ne entalpia ne entropia).
13. TRASFORMAZIONE IRREVERSIBILE: viene da se che la definizione è opposta a quanto
sopra; se per riportare il sistema alle condizioni iniziali devo creare cambiamenti all’ambiente
esterno o nel sistema stesso, questa, è una trasformazione irreversibile, cioè avviene tramite una
perdita di energia sia in un verso che nell’altro. E’ ovvio che queste sono le trasformazione tipiche
della natura con cui molto più spesso ci troveremo ad avere a che fare.
wwww.teknologieimpianti.it
I QUADERNI DEL FREDDO
Materiale Didattico
per il Conseguimento
del
QUADERNI
del FREDDO
Patentino per ilLinee
Trattamento
deiimpianti
Gas Effetto
Serra
guida per
freddo
LEZIONE 1 – Termodinamica di Base per Circuiti Frigoriferi
GRAZIE PER
L’ATTENZIONE
57
