Centrali termiche: per la conduzione
ci vuole la “patente”
Obbligo
g del patentino
p
di abilitazione di 2° g
grado per
p
la conduzione degli impianti termici sopra i 232 kW
Ing Diego Danieli – Libero Professionista Venezia
Ing.
Marzo-Luglio 2013
Calorimetria
Calore
Il calore è una forma di energia che si trasferisce tra
due corpi,
p , o tra due p
parti di uno stesso corpo,
p , che si
trovano in condizioni termiche diverse.
Il livello di questa energia si chiama temperatura.
Il calore è energia in transito:
fluisce sempre
p dai punti
p
a temperatura
p
maggiore
gg
a
quelli a temperatura minore, finché non si
raggiunge l'equilibrio termico.
Riscaldamento di un pezzo di ghiaccio
SCALA CELSIUS DELLA TEMPERATURA
Per definire 0°C e 100°C si sfrutta la proprietà
p p
dell’invarianza della temperatura nei passaggi di
stato
Scala Fahrenheit
Conversione °C/°F t=5/9 x ( f - 32)
La quantità di calore assorbita è utilizzata per rompere
i llegamii che
h ttengono uniti
iti lle molecole
l
l nello
ll stato
t t solido
lid
o liquido.
vaporizzazione
Se abbiamo un recipiente aperto contenente acqua, alcune
particelle sulla superficie del liquido hanno energia cinetica
sufficiente per lasciare il liquido e fuoriuscire dal recipiente
recipiente.
Le
e molecole
o eco e cche
e rimangono
a go o hanno
a oe
energia
e g a media
ed a minore,
o e, e
quindi il liquido si raffredda.
Del calore viene assorbito dall’ambiente, e altre molecole
lasciano il liquido.
Con il tempo e, più rapidamente se aumenta la temperatura
p
si asciuga.
g
ambiente,, il recipiente
Tensione di vapore
Se si riscalda acqua in un recipiente chiuso alcune particelle sulla
superficie del liquido hanno energia cinetica sufficiente per lasciare il
liquido
q
e diventare g
gas
Esse non possono però lasciare il recipiente chiuso Alcune delle molecole
del gas colpiscono la superficie e ritornano nel liquido.
Dopo un certo tempo, il numero di molecole che lasciano il liquido
nell’unità di tempo è uguale al numero di molecole che ritornano al liquido
Si è instaurato un EQUILIBRIO DINAMICO
Si osserva che ad ogni valore di temperatura si ha una certa pressione del
vapore. Questa pressione si chiama tensione di vapore.
Se si aumenta la temperatura da T1 a T2 la tensione di
vapore aumenta per stabilizzarsi ad un nuovo valore p2
maggiore di p1.
Maggiore è la temperatura T2 maggiore sarà la pressione p2
in quanto maggiore sarà il numero di particelle che
passeranno in fase gas e premeranno sulle pareti per
uscire..
Pressione di Vapore
La pressione del gas in equilibrio con il liquido viene
chiamata Pressione di Vapore o Tensione di vapore
(specie se ci sono altri aeriformi presenti)
Pressione di Vapore
Se il recipiente è aperto, l’equilibrio non viene mai raggiunto,
e il liquido evapora
Se il recipiente è chiuso
chiuso, la pressione del gas aumenta sino
ad arrivare al valore di equilibrio
Evaporazione:
le molecole sfuggono dalla superficie
Ebollizione:
il gas si forma anche all’interno del liquidoPur essendo molti i vapori
possibili (vapori di mercurio
mercurio, di alcool
alcool, di olio
olio, di benzina ecc)
ecc), quando si
parla di vapore si intende vapore d’acqua
Ebollizione.
S l quando
Solo
d lla pressione
i
di vapore
raggiunge la pressione esterna, le
bolle di vapore riescono a vincere la
pressione e formarsi all’interno del
liquido. E’ possibile far bollire un
liquido
q
aumentando la temperatura
p
o
diminuendo la pressione
Pentola a Pressione
Denis Papin nel 1882 inventa la Pentola a
P
Pressione,
i
completa
l t di valvola
l l di sfogo.
f
In una normale pentola
pentola, la temperatura dell’acqua
dell acqua
non supera mai i 100 °C.
Nella pentola chiusa
ermeticamente, l’acqua evapora
aumentando la pressione di
vapore.
La temperatura dell’acqua
raggiunge i 120 °C e 1 bar (2
ata).
ata)
Caloria (cal):
La caloria o piccola caloria o grammocaloria è l’unità di
misura della quantità di calore .
La caloria è la quantità di calore che si deve fornire alla
massa di un grammo di acqua distillata, alla pressione
atmosferica, per innalzare la sua temperatura di 1°C.
-chilocaloria o grande caloria :
è la quantità di calore che si deve fornire alla massa di un
chilogrammo di acqua distillata
distillata, alla pressione atmosferica
atmosferica,
per innalzare la sua temperatura di 1°C (precisamente da
14,5 a 15,5°C);
15,5 C);
1 kcal = 4,186 kJ
L'uso dell'unità di misura caloria è vietato da una Direttiva
CEE, ma l'uso dei suoi multipli è tuttora diffuso a livello
internazionale.
La caloria è detta anche grammo-caloria (gramcalorie) e
piccola caloria (smallcalorie).
Il suo multiplo kilocaloria (kilocalorie), con simbolo kcal (e
non Cal), equivale a 1.000 calorie ed è detta anche
"grande caloria" (greatcalorie).
Il nome caloria deriva dal passato, quando si credeva che
il calore fosse un fluido invisibile chiamato "calorico".
calorico .
Potenza termica:
conversione
1 kW =1000 W = 860 Kcal/h
1W = 1 J/sec = 0,86 kcal/h = 0,86 frig/h
g = 3,4 BTU/h
1 kcal/h = 1 frig/h
g = 1,163 W = 3,95 BTU
1 BTU/h=0,25 kcal/h=0,25 frig/h=0,293
g
W
CALORE SPECIFICO
Il CALORE SPECIFICO è la quantità di calore necessario
per alzare di un grado
p
g
la temperatura
p
di un kg
g di
sostanza.
il calore specifico dipende dalla pressione, dal volume ,
dalla temperatura.
per l’acqua liquida si assume il valore costante di
1 kcal / kg °C = 4,186 kJ/kg°C
I CALORI SPECIFICI SONO DUE PER I GAS
Mentre per la materia in fase condensata Cp e Cv sono
praticamente coincidenti,, p
p
per un aeriforme,, invece,, il calore
specifico a pressione costante differisce da quello a volume
costante per il lavoro di espansione. Il calore specifico
dipende dalla natura chimica della sostanza considerata e
dalla temperatura. Si può ritenere costante solo per piccole
variazioni di temperatura e lontano dalle temperature di
transizione di fase. Mentre per la materia in fase condensata
Cp
p e Cv sono p
praticamente coincidenti,, p
per un aeriforme,,
invece, il calore specifico a pressione costante differisce da
quello a volumecostante per il lavoro di espansioneIl calore
specifico
ifi d
dell vapore può
ò essere cp ( a pressione
i
costante)
t t )o
cv (a volume costante)
CALORE SPECIFICO ACCIAO
il calore specifico
p
dipende
p
dalla p
pressione,, dal volume ,
dalla temperatura.per l’acciaio si assume il valore costante
di
0,1 kcal/kg°C = 0,419 kJ/kg°C
PERICOLO PER LE CALDAIE SENZA ACQUA.
A PARITÀ DISCAMBIO TERMICO LA TEMPERATURA
DELL’ACCIAIO NON BAGNATO DALL’ACQUA CRESCERÀ
DIDIECI VOLTE
SE LA TEMPERATURA DELL’ACQUA È 200°C L’ACCIAIO
ARRIVA A 2000°C
CONTENUTO TERMICO o energia
g interna
10 kg
g di acqua
q a 80°C contengono
g
una q
quantità di
calore (rispetto alla temperatura di 0°C) data da:
Q = cs x m x T
T ≈ 1 x 10 x 80 = 800 kkcal/h
l/h
T = Q / (m x cs)
Una miscela di 30 kg
g di acqua
q a 90°C e 40 kg
g di acqua
q a
50°C contengono una quantità di calore (rispetto alla
temperatura di 0°C) data da:
Q = cs x m ΔT1 + cs x m ΔT2 ≈
1x30x(90-0)
(
) + 1x40x ((50-0)) = 2700 + 2000 kcal
4700 kcal
Ed è ad una temperatura di
Q = cs x m x T = 4700 kcal = 1 x ( 30+40) x ( t-0)
t 0)
Da cui si ricava
4700 = 70 t
T = 4700 / 70 = 67,14
67 14 °C
C
Una miscela di 30 kg di acqua a 90°C e 40 kg di acqua a
50°C
50
C contengono una quantità di calore (rispetto alla
temperatura di 0°C) data da:
Q= cs x m x Δ T1 + cs x m x Δ T2
≈ 4,19 x 30 x (90-0) + 4,19 x 40 x (50-0) ≈
≈ 11313 + 8380 ≈ 19693 J
E la temperatura vale
19893 = 4,19 x (30+40)x(t-0)
t = 19863 / ( 4,19 x 70) = 67,14 °C
CALORE ASSORBITO DAI FUMI
100 kg fumo a 219°C
Calore specifico assunto cf = 0,254 kcal/kgx°C
Q40°C = 0,254 x 100 x(219-40) = 4546,6 kcal
CONTENUTO TERMICO VAPORE
Nel calcolo del contenuto termico del vapor
p d’acqua
q occorre
tenere conto che il calore latente di vaporizzazione è 530
kcal/kg
Per convenzione tecnica si assume che per vaporizzare un kg
di acqua occorrano 600 kcal/kg (si suppone di vaporizzare
acqua a 30°C)
