cap 2 Sistemi Chiusi意大利语版工程专业教材

2.SISTEMICHIUSI

Intutteleapplicazioni,siipotizzino,senondiversamentespecificatoycondizionidiquieteocomunque

ditrascurahilitadellevariazionidienergiacineticaepotenzialegravitazionale(AE=AU).

Irisultatisonoriportatiincalcealtestodell"esercizio.Losvolgimentodialcuniesercizieriportato

aliafinedelparagrafi).

ESERCIZISULSOLOBILANCIODIENERGIA

2.1Unamassaparia0,27grammidiacqua,contenutainunsistemapistone-cilindroasezionecircolare,di

diametroD=10,0cm,vieneriscaldataconunprocessoquasistaticoapressionecostante(pi=p?=1,50bar),

nelqualeilpistonesispostadallaposizioneinizialeXi=1,00cmaquellafinaleX2=5,00cm.Aquestopunto,il

pistonevienebloccato,edilriscaldamentoproseguefinoaliapressionep?=3,00bar.

a)Determinare1'energiascambiatacomecaloreecomelavoroinciascunodeidueprocessi(1-2e2-3).

b)Rappresentareletrasformazionisuipiani(p,v)e(T,s).

fSuggenmento:siricordiche,senecessario,1'energiainternasipudcalcolarecomeu=h-pv]

Risultati

L12=47J;Ql2=500J;L2S=0;Q23=221J

2.2Dell'acquacontenutainunrecipientechiuso,conparetirigideefisse(edunqueavolume

costante),inizialmentealiapressionedi120kPaedaliatemperaturadi50℃,vieneportataaila

temperaturadi100℃mediantesomministrazionedisolaenergiatermica.

a)SicalcoliTenergiatermicadasomministrare,perunitadimassaesirappresentilatrasfbrmazionesulpiano(p,

v).

b)Siripetanoilcalcoloelarappresentazionenelfipotesiche,aparitaditemperaturainizialeefinale,la

pressioneinizialesiadi3,0kPa.

[Suggerimento:siricordiche,senecessario,Uenergiainternasipudcalcolarecomeu=h-pv]

Risultati

a)q=210kJ/kg

b)q=59kJ/kg

Commento:sinoticome,grazieadanamaggiorecapacitatermicaperunitadimassa(calorespecifico),nel

casoa)sianecessariosomministrareunamaggiorequantitadienergia,aparitaditemperatureinizialeefinale.

2.3Inunsistemapistone-cilindro,delfluidoRI34a,inizialmenteapi=1,00barexi=1,00,viene

compressofinoap?=10,0bar,conunprocessoadiabatico(Q=0),quasistatico,adentropiacostante.

Successivamente,ilfluidovieneraffreddatoconunprocesso,quasistatico,apressionecostante(p3=p?)fino

aliatemperaturadi35℃.

a)Determinare,perciascunatrasformazione,1'energiascambiataconl*ambienteperunitadimassa,neimodi

caloreelavoro.

b)Rappresentareleduetrasformazionisuipiani(p,h),(T,s)e(p,v).

[Su^gerimento:siricordiche,senecessario,1'energiainteniasipudcalcolarecomeu=h-pv]

Risultati

112-46kJ/kg;qi2-0;I23--21kJ/kg;qn--183kJ/kg

2.4Unamassadi70,0gdiaria,contenutainunsistemapistone-cilindro,occupainizialmenteunvolume

Vi=0,0500m3,aliapressionepi=1,20bar.L'ariasubisceunatrasformazioneciclicacostituitadatreprocessi

quasistatici.Ilprimoprocesso(1-2)avvieneavolumecostante,consomministrazionediun'energiatermicaQ12

=30,0kJ.Nelsecondoprocesso(2.3),apressionecostante(p2=p3),sihaunariduzionedelvolume.Infine,

l'ariavieneriportatanellecondizioniiniziali(processo3-1)conun'espansioneadiabatica

(Q=0)adentropiacostante.

a)Determinare1'energiascambiatacomecaloreelavoroinciascunatrasformazioneenelfinterociclo.

b)Rappresentareilciclotermodinamicosupiani(p,v)e(T,s).

[Suggerimento:perdeternnnarelostato3,siricordichefpergasideaIiacalorispecificicostanti,nelcasodi

trasf.isoentropicapressioneetemperaturamizialiefinalisonocorrelabilimedianteunasempliceequazione,in

cuiletemperaturevannoespresseinKelvin....]

Risultati

L12=0;Q12=30,0kJ;L23=-9,8kJ;Q23=-34,3kJ;L31=5,5kJ;Q3I=0;

Lcieio=Qcicio~-4,3kJ

2.5Nelsistemapistone-cilindrodiunmotorealternativousatoperlatrazioneautomobilistica,dell'aria(gas

ideale,cp=1,01kJ/kgK=cost.,cv=0,723kJ/kgK)evolvesecondounciclotermodinamicocostituitodalle

seguentiquattrotrasforniazioni,chesiipotizzanotuttequasistatiche:

1-2)compressioneadiabaticaisoentropicadapi=1,10bareti=25,0℃ap2=15,0bar;

2-3)riscaldamentoapressionecostante,p3=p?,conincrementodellatemperatura(t3-ti)=700℃;

3-4)espansioneadiabaticaisoentropicafinoaV4=vi；

4-1)raffreddamentoavolumecostante,finoalripristinodellecondizioniiniziali.

a)Rappresentareletrasformazionisuipiani(p,v)e(T,s).

b)Determinareqed1inciascunatrasformazione,noncheicorrispondentivalorinettidelciclo.

c)Supponendocheilsistemacompia15ciclialsecondo,determinarelamassachedeveevolverenelcilindro

affinchelapotenzanettaerogatasiadi30kW.

d)Determinareivolumiminimoemassimo(cilindrata)occupatidall'aria.

[Suggerimento:perilpuntoc),hastaosservarecheL(kW)=IM,(kJ/kg)xMassa(kg)xNCiCn(1/s)J

Risultati

qn-0;112=-239kJ/kg

q23=707kJ/kg;I23=201kJ/kg

q34=0;I34=347kJ/kg

q4i=-398kJ/kg;I41=0kJ/kg

qcicio=Icicio=309kJ/kg

m=6,47g

33

Vmax=Vi=V4=503cm；Vmin=V2=77cm

ESERCIZISUIBILANCIDIENERGIAEDENTROPIA

2.5Sicalcolilaquantitadicaloredasomministraread1,00m3diacquache,aliapressione

costantedi1,00atm,deveessereportatadallatemperaturadi8,0℃aliatemperaturadi35,0℃inun

sistemachiusodeltipopistone-cilindro.Riportarelatrasformazionesuipianitermodinamicip,veT,s.

Risultati

l,1105kJ

2.6Inunoscaldacqua,consideratecomeunsistemachiuso,sonocontenuti80litridiacqua.

L'acquavieneportata,apressionecostanteeparia2,00atm,dallatemperaturadi10,0℃aquelladi

60,0℃.Sicalcolilapotenzatermicadafornireneiduecasi:

a)tempoimpiegato2h

b)tempoimpiegato3h

Risultati

a)2,32kW;b)1,55kW

2.7Inunimpiantotermoelettricoilfluidocircolantesubisceunatrasformazioneciclica;per

ciascunciclo,riceve1200kJsottoformacaloreecedeairambiente400kJsottoformalavoro.

CalcolarePenergiatermicacedutadairimpiantoairambienteperciascunciclo.

Risultati

800kJ/kg

2.8Siritengacheunapersonaariposotrasferiscamediamenteairambiente100Wecheinun

teatro,contenente1800persone,Fimpiantodicondizionamentocessidifunzionare.Siassumachele

paretiesternedelteatrosianoadiabatiche.

a)Sicalcolilavariazionedienergiainternadelfarianelteatrodopo15,()minuti;

b)qualelavariazionedienergiainternaperilsistemacontenenteariaepersone?

Risultati

2

AUa)=l,62-10MJ;AUb)=0,00J

2.9Sisuppongadifornirecomecalore18()kJadunsistemachiusocheevolvadaunostato1ad

unostato2conunincrementodienergiainternadi10()kJ.Perriportareilsistemanelsuostatoiniziale

(dallostato2allostato1)Fambientedaalsistema95,0kJdienergiacomelavoro.Quantovalgono

Finterazionemeccanicanelprocesso1-2equellatermicanelprocesso2-1?

Risultati

L=80kJ;Q=-195kJ

2.10Uncontenitorerigidodi0,280m3sitrova,conlasuapartesuperioreaperta,inunfornoincui

c*eariaa730Ke100kPa.Ilcontenitoreesigillato,toltodalforno,elasciatoraffreddarefinoa30()K.

SidetermininolapressionefinaledelFariaeFenergiatermicaceduta.

Risultati

p=41,lkPa;Q=41,3kJ

2.1150,0kgdiariainunsistemapistone-cilindrosonoinizialmentea80,0kPae20,0℃.

L'abbassamentodelpistoneriduceilvolumeadunquartodelsuovaloreiniziale.Calcolareillavoro

scambiatoelagenerazionedientropianell'arianeicasidi:

a)compressioneadiabaticareversibile

b)compressioneadiabaticairreversibilecontemperaturafinaledi15℃maggiorerispettoaquella

calcolatanelcasoprecedente.

c)Riportareletrasformazionisuipianitermodinamicip,veT,s.

Risultati

La尸-7,78MJ;Sgena)=0J/KLb)=-8,32MJ;Sgenb)=1,01kJ/K

2.122,00kgdiazotoespandonoreversibilmentealiapressionecostantedi1,013barda20,0℃a

l()0℃.Determinare:

-ilcaloresomministrato

-illavorodiespansione

-lavariazionedienergiainterna.

Risultati

Q=166kJ;L=47,5kJ;AU=119kJ

2.13DelFossigenochea30℃e0,300MPaoccupa5,3()m3,deveessereportatoaliapressionedi

7,30bar.DeterminareFenergiatermicatrasferitanelcasoditrasformazioneisocoraecalorispecific!

costanticonlatemperaturaeriportarelatrasformazionesuipianitermodinamicip,veT,s.

Risultati

Q=5,74MJ

2.14Unrecipientemetallicoaparetirigideefissecontiene5,0()kgdiariaa20,0℃e0,1013Mpa.

Inseguitoadunasomministrazionedienergiasihaunincrementoditemperaturadi130℃.Calcolare

lagenerazionedientropianelleipotesichefenergiasiafomita:

a)daunSETa300℃;

b)daunSETa600℃;

c)daunSEMpermezzodiun'elicarotantenelrecipiente.

Risultati

Sgena)=0,503kJ/K；Sgenb)=0,782kJ/K;Sgenc)=1,32kJ/K

2.15DelParia,inizialmentea20,0℃e101,3kPa,inequilibriotennicoconrambiente,econtenuta

inunsistemapistone-cilindro.Calcolare,inciascunodeitrecasispecificatinelseguito,calcolare

-lapressionedifinecompressione;

-illavorospecificonecessario;

-rentropiaspecificagenerata.

Icasidaconsideraresonoiseguenti:

1.rariaecompressaconsufficientelentezzadafarsicheilprocessoavvengapraticamente

reversibilmenteeisotermicamentefinoadunvolumeparia1/10diquelloiniziale;

2.rariaecompressacoibentandoleparetiestemeeconsufficientelentezzadaapprossimaruna

trasformazioneadiabaticareversibilefinoadunvolumeparia1/10diquelloiniziale(siconsiderino

icalorispecificicostanticonlatemperatura);

3.Pariaecompressamoltorapidamentecosidaapprossimareunatrasformazioneadiabaticafinoad

unvolumeparia1/10diquelloiniziale,raggiungendounatemperaturadi80,0℃maggioredi

quellaraggiuntanelcaso2.(siconsiderinoicalorispecificivariabiliconlatemperatura,con

Cp=1,049-3,839-104T+9,458-107T2-5,493-10'10T3);

Risultati

pi)=1013kPa;|li)l=194kJ/kg;Sgenl)=0J/kgK;

P2)=2544kPa;|12)|=318kJ/kg;Sgen2)=0J/kgK；

p3)=2821kPa;lh)l=391kJ/kg;Sge„3)=97,8J/kgK

2.16Unsistemapistone-cilindrocontenente2,50kgdiossigenoeacontattoconunSETaliasua

stessatemperatura,paria17,0℃.L'ossigenovienecompressoreversibilmenteeisotermicamenteda

0,1013Mpaa10,10Mpa.Riferendosialiasuperficiedicontrollocontenenteilsoloossigeno,si

determiniillavoroscambiato,PenergiatermicatrasferitaalSETelagenerazionedientropia.

Risultati

L=-870kJ;Q=-870kJSgen=0J/K

2.17DelvaporesaturoseccodiR-134aeraffreddatoreversibilmenteeisobaricamente(p=5,68

bar)finoadottenereliquidosaturo.Calcolare:

a)Penergiaspecificadafbmirecomelavoro;

b)Penergiaspecificacedutaairambientecomecalore;

c)lavariazionedelPenergiainternaspecifica.

Risultati

1=20,0kJ/kgq=181kJ/kgAu=162kJ/kg

2.180,100kgdiacquaa3,00baredititolo76,3%sonoinuncontenitorerigidoedadiabatico.Un

rotorepalettatopostoairinternodelcontenitoreemossodaunmotoreelettricoepostoinrotazione

completandolavaporizzazionedelfacqua.Sicalcolino:

-pressionenellostatofinale;

-temperaturanellostatofinale;

"I'energiameccanicadafbrnire;

-lavariazionedientropia;

-lagenerazionedientropia.

Siricalcolilagenerazionedientropianelleipotesichelostessoprocessosiarealizzatoconunasola

interazionetermicaecheilcontenitorenonsiapiuadiabaticoesiapostoacontattoconunSETalia

temperaturadi150℃.

Risultati

P2=4,00bar;t2=144℃;|L|=48,2kJ;AS=0,116kJ/K;Sgen=0,116kJ/K;Sgen=0,002kJ/K

2.19Unpistone-cilindromobilesenzaattritocontiene0,10()kgdivapord'acquasaturoseccoa

pressioneatmosferica.Ilpistone-cilindroefattointeragireconFambiente,ariaatmosfericaa10,0℃,

finoachetuttoilvaporeecondensato.Sicalcolino,ritenendoilprocessointernamentereversibile:

-leinterazionienergetiche;

-lavariazionedientropia;

-lavariazionedienergiainterna;

"1'entropiagenerataacausadelFinterazionetermica.

Risultati

Q=-226kJ;L=-16,9kJ;AS=-0,605kJ/K;AU=-209kJ;Sgen=0,192kJ/K

2.20Delvapored'acquasaturoseccoa30,0barecontenutoinunsistemapistone-cilindrodal

volumeinizialedi0,0300m3.Ilvaporeedapprimaraffreddatoavolumecostantefinoa200℃epoi

espansoisotermicamentefinoachenonritornanellecondizionidivaporesaturosecco.Sicalcolinole

aliquotedienergiatermicatrasferitenelleduetrasformezioniritenutereversibiliesiraffiguriil

processosuipianitermodinamicip,veT,s.

Risultati

Qu)=-379kJ;Qb)=416kJ

2.21Unsistema,relativamentealperiododiosservazionecorrispondenteadunassegnatonumero

dicicli,convene100kJdienergiatermicaprelevatadaunSETa1100Kinenergiameccanica,

scaricando70kJinunSETa300K.Sidetennininorenergiameccanicaconvertita,ilrendimento,

rentropiagenerata(relativamenteadunasuperficiedicontrollochesistendesinoalambireiSET),il

rendimentodellamacchinadiCarnotoperantetraglistessiSET.

Risultati

L=30kJ;T)=30%;Sgen=0,13kJ/K;r)c=72,7%

2.22Unapompadicalore,relativamentealperiododioservazionecorrispondenteadunnumero

assegnatodicicli,preleva600kJdaunSETa273,0Ke10()kJdaunSEM,fornendoenergiatermica

adunSETa293,0K.Lapartedellasuperficiedicontrolloattraversatadairenergiatermicainingresso

perilsistemaea263,0K,quellaattraversatadaenergiatermicainuscitaea303,0K.Sidetermininoi

coefficientidiprestazionerealeeideale,ilrapportotraquesti,Pentropiagenerataintemamenteal

sistema,esternamentealsistemaeglobalmente.Quantaenergiameccanicasarebbenecessariaperun

sistemacheoperassesenzairreversibilitainterna,restandofisseletemperatureelefinalita?

Risultati

COP=7,00;COPid=14,6;Sgeni=28,9J/K;Sgene=162J/K;Sgen=191J/K;L=-92,1kJ

2.23Inunsistemapistone-cilindro,unamassadi0,500kgdiacquaevolvesecondounciclo

termodinamicocostituitodalleseguentitretrasformazioni,tutteinternamentereversibili:

1-2)espansioneadiabaticadapi=20,0bareti=400℃finoallecondizionidivaporesaturosecco,

X2=l,00；

2-3)raffreddamentoapressionecostante,p2=p3,realizzatomediantecessionedienergiatermicaad

unSETHfreddo"atemperaturatF=20,0℃;

3-1)riscaldamentoavolumecostante,V3=vi,realizzatomediantesomministrazionedienergia

termicadapartediunSETHcaldonatemperaturatc=500,0℃.

Sicalcolino:

a)Fenergiascambiatanellemodalitacaloreelavoroperciascunadelletretrasformazioni;

b)lagenerazioneentropicatotaleinciascunadelletretrasformazioni.

c)Sirappresentinoinoltreletrasformazionisuunpianotermodinamicoascelta.

Risultati

1-2)Q=0,L=209kJ,Sgen=0

2-3)Q=-914kJ,L=-74,Sgen=0,76kJ/K

3

3-l)Q=1,05x10kJ,L=0,Sgen=0,96kJ/K

ESERCIZISVOLTI

2.243.0kgdiRI34asonocontenutiinunsistemapistone-cilindro;aliatemperaturadi-20℃occupanoun

volumedi0.18m3.UnSETaliatemperaturadi25℃forniscecalorealsistemafinoache1'R134anonraggiunge

lostatodivaporesaturosecco:durantequestaprimatrasfbrmazioneilpistoneebloccato.Successivamenteil

sistemainteragisceisobaricamenteconunSETaT=-10℃;unasuccessivatrasfbrmazioneadiabaticariportail

sistemanellostatoiniziale.

Valutare,neiripotesiditrasfbrmazioniendoreversibili,ilcaloreeillavoroscambiatitrasistemaeambienteela

generazioneentropicarelativamenteaciascunadelletretrasformazioni.

Riportareletrasformazionisuipiani(T,s),(p,v)e(p,h).

Svolgimento

L'R134acontenutonelsistemapistone-cilindrosubiscetretrasfbrmazioni:

1—>2trasfbrmazioneisocora(vcostante)

2—>3trasfbrmazioneisobara(pcostante)

3-1trasfbrmazioneadiabaticaintemamentereversibile(scostante)

Iniziamolosvolgimentodelfesercizioconladetenninazionedelleproprietadelfluidoaglistati

termodinamici1,2e3.

Stato1

Conoscendoilvolumeoccupatoallostatotermodinamico1dai3.0kgdiRI34a,epossibile

determinareilvolumespecificoallostato1.Pertanto

V.0.18八M八.

v,=—=-----=0.060m3//kg

m3.0

NotiTieviprocediamoaliadeterminazionedellealtreproprietatermodinamicherelativeallostatoin

esame.Entriamonellatabelladelleproprietadell'R134aincondizionidisaturazioneconTi=-20℃e

leggiamoivaloridelvolumespecificodelfluidoaliatemperaturadataincondizionidiliquidosaturoe

vaporesaturosecco:

vi=0.736E-03m3/kgeVs=0.146m3/kg.

Ilvolumespecificovirelativeallostatotermodinamico1inesameepertantocompresotravievs;cid

ciconsentediaffermarecheallostato11'R134acontenutonelsistemapistone-cilindroeunamiscela

bifasica.

Sfruttiamolaconoscenzadiviperladeterminazionedeltitolo:

v.-v.0.060-0.736E-03

x.=—1——L=-------------------------=0.408

1

vs-v,0.146-0.736E-03

Aquestopuntosempreutilizzandolatabelladell'R134aincondizionidisaturazionesiamoingradodi

determinareivaloridellapressione,delfentalpiaspecifica,delfenergiainternaspecificae

deirentropiaspecifica:

pi=1.33bar=133kPa

h।=%+X]低一hJ=174+0.408(385-174)=260kJ/kg

%PM=260-133*0,060=252kJ/kg

Sj=s,+X[⑸-S])=0.902+0.408(1.74-0.902)=1.24kJ/kgK.

Stato2

Latrasformazione1—>2eisocoraequindiV2=vi=0.060m3/kg.Sappiamoinoltrechealiafinediquesta

trasfbrmazione1'R134avieneportatoincondizionidivaporesaturosecco,X2=1.0.Entriamonella

tabelladelleproprietadell'R134aincondizionidisaturazioneecerchiamoVs=V2=0.060m3/kg;

rintracciatotalevaloresiamoingradodiricavarelealtreproprietatermodinamiche:

T2=4.00℃

p2=3.376bar=337.6kPa

h2=399kJ/kg

S2=1.72kJ/kgK

u2=h2-p2v2=399-338*0.060=379kJ/kg.

Stato3

Latrasfbrmazione2T3eisobaraequindip3=p2=3.376barmentrelatrasfbrmazione3一1eadiabatica

internamentereversibile,pertantoS3=SI=1.24kJ/kgK.Entriamonellatabelladelleproprietadell'R134a

incondizionidisaturazioneconp3=3.376bareleggiamoivalorideirentropiaspecificadelfluidoalia

pressionedataincondizionidiliquidosaturoevaporesaturosecco:

si=1.0192kJ/kgKess=1.7199kJ/kgK.

L^ntropiaspecificaS3relativaallostatotermodinamico3inesameepertantocompresotrasiess;cid

ciconsentediaffermarecheallostato3I'R134acontenutonelsistemapistone-cilindroedinuovouna

miscelabifasica.

SfruttiamolaconoscenzadiS3perladeterminazionedeltitolo:

S3—S]1.24—1.02m/

x.=———L=--------------=0.314

3

Ss-S,1.72-1.02

Aquestopuntosempreutilizzandolatabelladell'R134aincondizionidisaturazionesiamoingradodi

determinareivaloridellatemperatura,deirentalpiaspecifica,delfenergiainternaspecificaedel

volumespecifico:

T3=4.00℃

h3=h1+x3(hs-hl)=205+0.314(399-205)=266kJ/kg

3

v3=v,+x3(vs-vl)=0.780E-03+0.314(0.06-0.780E-03)=0.0194m/kg

u3=h3-p3v3=266-338*0.0194=259kJ/kg.

RIEPILOGO:

P[bar]t[℃]Xv[m3/kg]u[kJ/kg]h[kJ/kg]s[kJ/kgK]

11.33-20.00.4080.06002522601.24

23.384.001.000.06003793391.72

33.384.000.3140.01942592661.24

Trasformazione1-2

Essendolatrasformazioneisocoraillavoroscambiatotrasistemaeambienterisultaidenticamente

nullo.PertantoLI_2=0kJ.

Effettuandounbilanciodienergiasulsistemachiusopistone-cilindrorelativamenteaquesta

trasformazionesipuddeterminareilcalorescambiatotrasistemaeambiente:

Qi*==m(u2—U))=3.00(379-252)=381kJ.

Ilcaloreepositiveinaccordoconilfattocheecedutodairambientealsistemacilindro-pistone.

Effettuandounbilanciodientropiasulsistemachiusopistone-cilindrorelativamenteaquesta

trasformazionesipuddeterminarelagenerazioneentropica:

O381

Sge,^=m(S2-SI)-^=3.00(1.72-1.24)--=0.161kJ/K.

Trasformazione2T3

Essendolatrasformazioneisobaraillavoroscambiatotrasistemaeambienteedatodallarelazione:

L2T3=mp2Av=mp2(v3—v2)=3.00*338(0.0194-0.06)=-A1.2kJ.

Illavoroenegativeperchecompiutodairambientesulsistemacilindro-pistone.

Effettuandounbilanciodienergiasulsistemachiusopistone-cilindrorelativamenteaquesta

trasformazionesipuddeterminareilcalorescambiatotrasistemaeambiente:

Q2T3=L2f3+ml%-4)=TL2+3.00(259-379)=T01kJ.

Effettuandounbilanciodientropiasulsistemachiusopistone-cilindrorelativamenteaquesta

trasformazionesipuddeterminarelagenerazioneentropica:

s…=m(S3-S2)-2=3.00(1.24-L72)+黑=0.0847kJ/K.

AsetB"J

Trasformazione3Tl

Essendolatrasformazioneadiabaticailcalorescambiatotrasistemaeambienterisultaidenticamente

nullo.PertantoQ3Tl=0kJ.

Effettuandounbilanciodienergiasulsistemachiusopistone-cilindrorelativamenteaquesta

trasformazionesipuddeterminareillavoroscambiatotrasistemaeambiente:

L3fl=-m(u,-u3)=-3.00(252-259)=21.0kJ.

Illavoroepositiveinaccordoconilfattocheecompiutodalsistemacilindro-pistonesuirambiente.

Essendoquestatrasformazioneadiabaticaintemamentereversibilerisultaidenticamentenullala

generazioneentropica:

Sg…=0kJ/K

6(SH)-3IIUIB.£IPOUUBJlulaISIl

(IFA)A(A6A)1.s38uoNslI3s8JdaeN

2.25Deirammoniaca(R717)econtcnutainunsistemapistone-cilindro.L'R717,inizialmcntea-40℃,e

compressoadiabaticamentefinoallecondizionidiliquidosaturoa5.0bar;perrealizzarequestacompressione

occorresomministrarealsistema50kJcomelavoro.SuccessivamenteilsistemaprelevacaloredaunSETa

20℃isobaricamente.Infine,conilpistonebloccato,siriportailsistemanellostessostatoiniziale

consentendoglidiinteragireconunSETa-50℃.

Valutare,neiripotesiditrasfbrmazioniendoreversibili,ilcaloreeillavoroscambiatitrasistemaeambienteela

generazioneentropicarelativamenteaciascunadelletretrasfbrmazioni.

Diagrammareletrasformazionisuipiani(T,s),(p,v)e(p,h).

Svolgimento

Dati:

FluidoR717

Ti-39℃

X20

P25bar

Ll—2-50.0kJ

tsetA20.0℃

tsetB-50.0℃

L'R717contenutonelsistemapistone-cilindrosubiscetretrasfbrmazioni:

1—>2trasfbrmazioneadiabaticaintemamentereversibile(scostante)

2T3trasfbrmazioneisobara(pcostante)

3—>1trasfbrmazioneisocora(vcostante)

IniziamolosvolgimentodelPesercizioconladeterminazionedelleproprietadelfluidoaglistati

termodinamici1,2e3.

Stato2

Necessariamentedobbiamoiniziareladeterminazionedelleproprietatermodinamichedelfluidoa

partiredallostato2percheperessoconosciamopressioneetitolo.

EntriamonellatabelladelleproprietadeirR717incondizionidisaturazioneconp?=5bareleggiamoi

valoridellatemperatura,delvolumespecifico,delFentalpiaspecificaedeirentropiaspecificain

condizionidiliquidosaturo:

T2=4.1389℃

V2=1.58E-03m3/kg

h2=442.6775kJ/kg

S2=1.970198kJ/kgK.

AquestopuntosiamoingradodicalcolareanchePenergiainternaspecifica.Infatti:

u2=h2-p2v2=443-500*0.00158=442kJ/kg.

Stato1

Latrasformazione1—>2eadiabaticaintemamentereversibileequindisi=S2=1.970198kJ/kgK.

Sappiamoinoltrecheti=-39℃.Entriamonellatabelladelleproprietadell'R717incondizionidi

saturazioneconti=-39℃eleggiamoivalorideirentropiaspecificadelfluidoaliatemperaturadatain

condizionidiliquidosaturoevaporesaturosecco:

si=1.2117kJ/kgKess=7.1231kJ/kgK.

9

Lentropiaspecificasirelativaallostatotermodinamico1inesameepertantocompresotrasiess;cid

ciconsentediaffermarecheallostato1PR717contenutonelsistemapistone-cilindroeunamiscela

bifasica.

Sfruttiamolaconoscenzadisiperladeterminazionedeltitolo:

=L97-L21=o[29

ss-s,7.12-1.21

Aquestopuntosempreutilizzandolatabelladell9R717incondizionidisaturazionesiamoingradodi

determinareivaloridellapressione,delPentalpiaspecifica,delPenergiainternaspecificaedelvolume

specifico:

pi=0.756bar

h,=h1+X|(h,—hJ=248+0.129(1633—248)=427kJ/kg

V|=V|+X|(Vs—vJ=1.45E—03+0.129(1.48—1.45E-03)=0.192n?/kg

1=h「PM=427-75.6*0.192=412kJ/kg.

Stato3

Latrasformazione2—3eisobaraequindip3=p2=5.0barmentrelatrasformazione3—1eisocora,

pertantoV3=VI=0.192m3/kg.EntriamonellatabelladelleproprietadelFR717incondizionidi

saturazioneconp3=5.0bareleggiamoivaloridelvolumespecificodelfluidoaliapressionedatain

condizionidiliquidosaturoevaporesaturosecco:

33

vi=1.58E-03m/kgevs=2.50E-01m/kg.

IlvolumespecificoV3relativeallostatotermodinamico3inesameepertantocompresotravievs;cio

ciconsentediaffermarecheallostato3PR717contenutonelsistemapistone-cilindroedinuovouna

miscelabifasica.

SfruttiamolaconoscenzadiV3perladeterminazionedeltitolo:

v-v.0.192-1.58E-03

x,=—3-----L=-----------------------=0.766

vs-v,0.250-1.58E-03

Aquestopuntosempreutilizzandolatabelladell'R717incondizionidisaturazionesiamoingradodi

determinareivaloridellatemperatura,delPentalpiaspecifica,deirenergiainternaspecificae

deirentropiaspecifica:

T3=4.1389℃

h3=+x3(hs-h,)=443+0.766(1689-443)=1397kJ/kg

u3=h3-p3v3=1397-500*0.192=1301kJ/kg

s3=s,+x3(ss-S))=1.97+0.766(6.46-1.97)=5.41kJ/kgK.

RIEPILOGO: