Le sostanze
Cl
Na
NaCl Solidoforma e volume propri
H2O
-
+ H
Liquidovolume propri, forma dell’oggetto che contiene
Aeriformené forma né volume proprio
gli stati di equilibrio della sostanza e possono essere presentati in forma grafica, in tabelle, oppure ricavando da essi per regressione delle equazioni semiempiriche dette equazioni di stato. Tale presentazione dei punti in equilibrio di stato può essere fatta utilizzando un diagramma tridimensionale che riporti sui tre assi coordinati p, v, T
Gas ideale
equazione di Clapeyron o equazione di stato del gas ideale
Essa descrive il legame tra le grandezze di stato p, V, T di un gas a bassa pressione e assume la forma seguente:
p V = n R* T
n = numero di moli del gas R* = costante universale dei gas perfetti pari a 8314,3 [J/(kmol K)]
TRPM
mVp * T
PM
Rvp
*
sublimazione
Stato solido
Stato
liquido
Stato
aeriforme
fusione
solidificazione
vaporizzazione
condensazione
liquefazione (vapore)
(gas)
Ogni passaggio di fase è caratterizzato da scambio termicor = calore di vaporizzazione r H2O =2500 kJ/ kg
Ogni passaggio di fase avviene a pressione p e temperatura qcostante
p = f (q)Per vaporizzazione H2O p = 101325 Pa; q = 100°C
p = 2350 Pa; q = 20°C
g Solido - Vapore
Gas
m o
f j
d
P
e
Solido
c
i Liquido - Vapore
Linea tripla
b
h n
T
a
V
k
Vapore
Punto critico
l
b
e
k
i
h
V
Solido - Vapore T a
n
g
Gas
Punto critico
P
Solido
Soli
do-L
iqui
do
d
f j m o
l
Vapore
Liquido - Vapore
c Linea tripla
a) diagramma di stato tridimensionale per una sostanza pura; b) diagramma di stato per una sostanza che aumento il volume
specifico nella solidificazione.
Temperatura V
S
Pre
ssio
ne
Solido
Liquido
Vapore
Gas
L V
S L
Punto critico
S
Temperatura
Pre
ssio
ne
Punto Triplo
Punto critico
Solido
Liquido
S L
Vapore
L V
V
Punto Triplo
Diagramma di equilibrio p-T per una sostanza pura (a), per l’acqua (b)
350
bar
221,
2 ba
r
20 b
ar
1 ba
r
250 273,16
300
350
450
400
500
750
800
650
700
550
600
Tem
pera
tura
/ K
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Entropia specifica/ kJ/kg K
X =
0,2
5
X =
0,5
X =
0,7
5
0,5 m3/kg
0,05 m3/kg
0,00
6 1
12 b
ar
h 2700 kJ/kg
Pre
ssio
ne
Entalpia
Linee T costante Linee costante
Linee s costante
Lin
ea s
at. l
iqui
do
Linea sat. vapore
x
Linea vapore saturato
2 4 6 8 10 0
500
1000
1500
2000
2500
4000
3500
3000
Entropia specifica/ kJ/kg K
Ent
alpi
a sp
ecif
ica/
kJ/
kg
Punto critico
Linea liquido saturato
500 °C
200 °C
100 °C
x = 0,9
x = 0,8
x = 0,7
1 bar
20 bar
221,
2 ba
r
350
bar
Diagrammi di stato
sostanza [°C] [kPa]
Idrogeno -259 7,194
Ossigeno -219 0,15
CO2 -56,4 520,8
Mercurio -30 0,00000013
H2O 0,01 0,6113
Argento 961 0,01
Punto triplo di alcune sostanze
1 bar = 100 kPa; 1 kPa = 0,01 bar
I freon ovvero i fluidi frigorigeni…
1887… la ghiacciaia è sostituita dai frigoriferi
Utilizzavano SO2 (tossico) e cloruro di metile (infiammabile)
Problemi: la regolazioneil motore elettrico per movimentare il compressore
Nel 1932 T. Midgeley brevetta i freon…
Nel 1944 in quasi il 75% delle case USA c’era il frigorifero
F
CCl F
Cl
I FREON
CFC causano la distruzione dello strato di O3 bando dal 2003
La loro produzione sarà completamente eliminata dal 2010
HCFC la loro produzione come refrigeranti sarà bandita dal 2030 (2040 nei paesi in via di sviluppo)
HFC causano effetto serra, ma la loro produzione non è regolata dal protocollo di Montreal (16 Sept. 1987)
Frigoriferi domestici: flussi termici
Tipiche prestazioni (-18°C ÷ 32°C)termoelettrico 0,09 W /Wassorbimento 0,44 W/Wcompressione 1,3 W/W
Le indicazioni per un risparmio dei consumi prevedono:
- aumento delle prestazioni del compressore (EER = 5,45)
- ventilatori per aumentare l’efficienza dell’evaporatore;
- aumento dell’efficienza dei motori elettrici del condensatore e dell’evaporatore (assorbimento elettrico 4,4 W circa);
- controllo dello sbrinamento;
- miglioramento delle guarnizioni;
- aumento delle superfici di scambio di condensatore e dell’evaporatore
Inoltre si prevede l’aumento di 2,54 cm (1 in) di spessore per l’isolante o l’uso di pannelli con strato sottovuoto