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Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Agrarie Corso di Meccanica e Meccanizzazione Agricola Prof. S. Pascuzzi 1 Richiami di termodinamica Branca della fisica che si occupa del calore , del lavoro e di quelle proprietà delle sostanze che meCono in relazione il calore con il lavoro 2 Sistema termodinamico Porzione di materia dell’universo scelta per un’analisi termodinamica Stato fisico di un aeriforme Lo stato fisico di un aeriforme è perfeCamente determinato quando siano noF i valori della sua pressione, della sua temperatura e del suo volume specifico Equazione caraCerisFca gas perfeH p ⋅V = n ⋅ R ⋅T
•  p è pressione del gas; •  V è volume occupato dal gas; m
•  n è moli del gas è n =
M
•  R è costante universale dei gas; massa del gas [kg] Massa molecolare del gas [kg/mol] nel Sistema Internazionale R = 8,314472 [J/mol.K] •  T è temperatura assoluta del gas [K] (= temperatura cenFgrada + 273,15) Equazione caraCerisFca gas perfeH p ⋅V = n ⋅ R ⋅T
m
•  n è moli del gas è n = M
massa del gas [kg] Massa molecolare del gas [kg/mol] m
V R
p ⋅V = ⋅ R ⋅T → p ⋅ = ⋅T → p ⋅ v = Ru ⋅T
M
m M
•  vè volume massico del gas [kg/m3]; •  Ru è costante specifica del gas; nel caso di aria secca R = 287,05 [J/kg.K] Primo principio della termodinamica Q = U2 – U1 + A • L Q = quanFtà di calore esterno somministrato (kcal) U1= valore iniziale dell’energia interna U2= valore finale dell’energia interna A = equivalente termico del lavoro L = lavoro esterno prodoCo (J) Diagramma pressione -­‐ volume Ogni punto P del piano rappresenta lo stato fisico di un determinato gas in un certo istante Consente la valutazione del lavoro che il gas compie (o subisce) passando da uno stato fisico ad un altro Linea di trasformazione Variando con conFnuità le variabili p, v, T di un gas, somministrando dall’esterno calore o lavoro muterà il suo stato fisico L’insieme dei successivi staF di equilibrio del gas individua sul piano p -­‐ v u n a “ l i n e a d i trasformazione” Lavoro scambiato durante una trasformazione termodinamica Il lavoro compiuto dal fluido (o quello ricevuto) e q u i v a l e a l l ’ a r e a compresa fra la curva di trasformazione, l’asse delle ascisse e le normali ad essa condoCe dai due punF estremi della curva Trasformazioni isocore Somministrazione di calore a volume costante p
= cost
T
Trasformazione isometrica nel diagramma p-­‐v lavoro esterno : nullo calore somministrato : aumenta pressione e temperatura linea di trasformazione: reCa parallela all’asse delle ordinate Trasformazioni isobare Somministrazione di calore a pressione costante v
= cost
T
Trasformazione isobara nel diagramma p-­‐v lavoro esterno : calore somministrato : linea di trasformazione: nullo aumenta volume e temperatura reCa parallela all’asse delle ascisse Trasformazioni isoterme Compressione graduale a temperatura costante Trasformazione isotermica nel diagramma p-­‐v p ⋅ v = cost
Trasformazioni isoterme compressione calore
sviluppato
lavoro esterno speso
sottratto
espansione calore
somministrato
lavoro esterno
sviluppato
Trasformazioni adiabaFche Compressione o espansione adiabaFca p ⋅ v k = cost
k=
cp
cv
Trasformazione adiabaFca nel diagramma p-­‐v Trasformazioni adiabaFche -­‐ la trasformazione adiabaFca è estremamente importante nello s t u d i o d e l l e m a c c h i n e t e r m i c h e : e s s a r a p p r e s e n t a , approssimaFvamente, la fase uFle di lavoro sviluppato -­‐ nei motori endotermici : la fase di espansione non sarà adiabaFca, ma una trasformazione con soCrazione di calore (intermedia tra un’adiabaFca ed una isotermica) -­‐ si disFnguono : -­‐  adiabaFca di compressione (lavoro esterno negaFvo) -­‐ adiabaFca di espansione (lavoro esterno posiFvo) Trasformazioni adiabaFche Trasformazioni politropiche p ⋅ v n = cost
1< n < k
Linea di trasformazione Ciclo termico generico Ciclo oCo (termodinamico) Ciclo diesel (termodinamico) Ciclo sabathé (termodinamico) Confronto dei rendimenF termici dei diversi cicli ideali al variare di ρ