19. Fondamenti di fisica tecnica#
In questo capitolo vengono presentate alcune applicazioni tecnologiche, che coinvolgono diverse forme di energia e la trasformazione di calore in lavoro meccanico (motori termici) o viceversa (frigoriferi).
Cicli termodinamici. Il funzionamento della maggioranza delle macchine termiche si basa sulla realizzazione di cicli termodinamici su un fluido di lavoro, operando o in regime periodico a fasi o in ciclo continuo. Per una macchina termica in regime periodico è utile ragionare in termini di lavoro e calore per periodo; per una macchina in ciclo continuo è utile ragionare in termini di potenza meccanica e flusso di calore per unità di tempo (!!!). todo fare riferimento a due cicli reali in diversi regimi di funzionamento - es. Otto vs. Joule-Brayton - e all’uso dei diagrammi termodinamici
S.Carnot e le «Riflessioni sulla forza motrice del fuoco». Carnot affrontò lo studio teorico dei cicli termodinamici usati già da decenni in molte macchine protagoniste della rivoluzione industriale. Uno degli obiettivi pratici di Carnot era la ricerca delle condizioni per ottenere l”efficienza massima di un ciclo termodinamico, definita come rapporto tra lavoro meccanico fatto dalla macchina e calore immesso (almeno per le macchine dirette): il ciclo di Carnot rappresenta il ciclo termodinamico con efficienza massima che opera tra due sorgenti di calore a temperatura costante.
Il secondo principio per i cicli termodinamici. I risultati di Carnot furono decisivi per la formulazione del secondo principio della termodinamica, da parte di Clausius; successivamente gli enunciati di Kelvin e Planck misero in connessione il secondo principio della termodinamica con i limiti dei cicli termodinamici: è impossibile assorbire calore da un’unica sorgente di calore a temperatura costante e trasformarlo interamente in lavoro meccanico; è impossibile trasferire calore da un sistema a un altro a temperatura maggiore senza fornire lavoro alla macchina.
Cicli reali. Nonostante i risultati di efficienza massima del ciclo di Carnot, esso è di scarsa utilità pratica poiché difficile/impossibile/non pratico da realizzare: esso infatti richiederebbe un periodo del ciclo molto lungo che renderebbe impossibile soddisfare le prestazioni in termini di potenza richieste nelle applicazioni. Si studiano quindi i cicli termici utilizzati in molte applicazioni pratiche: …
In questo capitolo, si analizzano alcuni componenti termo-meccanici utilizzati in questi sistemi in termini di bilanci integrali di quantità fisiche (massa, energia totale, quantità di moto e momento angolare…), senza entrare nel dettaglio del progetto di questi componenti e dei modi per ottenere le trasformazioni desiderate.
Nel capitolo successivo vengono presentati alcuni dettagli dei meccanismi di trasmissione del calore; dopo aver presentato i princìpi fisici, vengono analizzati alcuni componenti termo-meccanici, sempre in termini di bilanci integrali di quantità fisiche.