Termotehnica - notiuni introductive

TERMOTEHNICA - NOTIUNI INTRODUCTIVE

Capitolul 1. 1 Obiectul si metodele studiate ale termotehnici

Termoteh(termo dinamica tehnica) e disciplina care studiaza procesele ce se desfasoara in masinile si instalatile termice procese in care schimbul

de energie intre corpuri are loc in principal sub forma de caldura Q si lucru mecanic L. Aspectele de baza tratate de termotehnica sunt producerea transportul, transmiterea, stocarea sau depozitarea si utlizarea calduri. Studiul acestor fenomene se face cu ajutorul legilor generale si al conceptelor specinstalatii frigorificeice termodinamice. Termotehnica abordeaza studiul propritatilor termice ale corpurilor in conditi de echilibru termodinamic precum si procesele care produce la stabilirea starilor de echilibru energetic. In sfera larga de studio al termodinamici intra pe langa procesele termice si procesele chimice, electrice, magnetice cu aspectele lor specinstalatii frigorificeice (ale miscari termice, ale moleculelor)

Pentru deplasarea conditilor de echilibru si determinarea proprietatilor termice ale dinstalatii frigorificeeritelor corpuri in termodinamica se folosesc 2 metode generale de studio:

a)metoda fenomenologica(macroscopica) care analizeaza procesele din natura la scara si cerceteaza propritatile generale ale sistemelor fizice formate dintr-un nr finit de corpuri in conditi de echilibru. Metoda are la baza 2 legi generale:

-Prinacipile 1 si 2 ale termodinamicii si foloseste pe scara larga rezultatele cercetarilor experimentale de laborator.

b)Metoda statica (microscopica) care completeaza metoda 2 fenomenologica prin studiul dinstalatii frigorificeeritelor ipoteze privind structura atomica(moleculara) a corpurilor si asupra mecanismelor de producere a proceselor microscopice. Fenomenele la scara atmoca se studiaza statistic datorita numarului lor foarte mare folosindu-se calculul proprietatilor si legilor statistice

2 NOTIUNI SI MARIMI FUNDAMENTALE

1 Temperatura presiune volum masa

A. Temepratura este o marime ce caracterizeaza starea termica (gradul de incalzire) a unui corp. Pentru determinarea temperature sunt folosite unele proprietai fizice ale corpurilor care se modinstalatii frigorificeica in functie de starea termica a acestora. Termometrele se bazeaza pe variatia cu temepratura a proprietatilor corpurilor folosite(variatia tensiuni, termoelectromotoare a unor circuite variatia intensitatii de variatie a corpurilor). Termometrele sunt prevazute cu o scara de temperature pentru a putea indica direct la luarea temepraturi masurate. Temperatura se masoara in grade in dinstalatii frigorificeerite scari celsius termodinamica absoluta. In scara celsius intervalele dintre punctual de topire al gheti si punctual de fiervere al apei la presiunea de o atmosfera fizica e impartita in 100 grade intre 0 si 100 grade celsius. In scara fahrenheit in acelasi interval impartit de la 180 grade F cu mentiunea cu punctual de topire al gheti corespunde punctului 32F

0 grade = 32 grade F ; 1 grad celsius = 1. 8grade F

t(F) = t grade(c) 9/5 +32

tgrade(c)=[(t grade F)-32]∙5/9

scara absoluta a temperature are originea in punctual 0 absolut la care inceateaza miscarea moleculara intre temepratura absoluta si temperature celsius exista relatia

T(k)=t+273, 15

0 grade celsius = 273, 15 grade K

B) PRESIUNEA – reprezinta forta de apasare exercitata pe directia normala pe unitatea de suprafata a unui corp. In cazul repartizari unei forte(F) pe suprafata presiunea este p=F/A = N/m patrat

Presiunea exercitata de o coloana de fluid de inaltime(h) asupra bazei sale este p=Ro ∙g∙h

Ro – densitatea fluidului

g – aceleratia gravitationala

Presiunea se masoara in pascal(P) 1 P = 1 N/m patrat;in bari in atmosfere fizice(atm) si tehnice(at) si in mm coloana fluid, apa – in coloana apa, mercur -mm col / Hg

In sistemul tehnic presiunea se masoara in Kg / m patrat sau Kg f / cm patrati. Relatile de echivalenta intre unitati sunt:

A)    Pa=1 N/n patrat = 0, 102 Kg f / m patrat = 0, 102 At = 1, 02 ∙ 10 la minus 5 Kg f / cm patrat = 0 la minus 5 bar = 7, 5 ∙ 10 la minus 3 torr =0, 102 mm col H2O

B)     1 Kg f/cm patrat = 1 at = 10 la a patra kg f / m patrat = 9, 81 ∙ 10 la a patra N/m patrat ( Pa) = 0, 981 bar = 735, 6 mm col Hg(torri) = 10 mm col H2O

1 torr = 1 mm col Hg

Densitate Hg = 13 595 Kg/m cub

Densitate H2O = 1000 kg/m cub

Aparatele pentru masurarea presiuni se impart in 2 categori:

-aparate care masoara presiunea absoluta(p) in raport cu presiunea 0 si care se numesc baramoetri fiind ultilate numai la masurarea presiuni atmosferice(Pa)

-aparate care masoara presiunea relative (Pr) fata de presiunea atmosferica sau alta presiune;apratele folosite la masurarea presiunilor mai mari decat presiunea atmosferica se numesc monometre, iar cele folosite la masurarea presiuni mai mici decat cea atmosferica se numesc vacumetre.

Presiunea absoluta se determina cu formula p = Pa ±Pr

Volumul reprezinta portiunea din spatiu ocupat de un corps au de un sistem de corpuri in anumite conditii de temeperaturi si presiuni.

Masa reprezinta cantitatea de substante existente dintr-un corp sau un sistem de corpuri si se masoara Kg[M, m] – Kg

Densitatea(masa specinstalatii frigorificeica) este cantitatea de substante dintr-un corp aflat in unitatea de volum a sa. Se masoara in Kg/m cub; Ro = m/V

Volumul specinstalatii frigorificeic reprezinta spatial ocupat de unitatea de masa dintr-un corp in anumite conditii de temeperatura si presiune v = V/m = 1/Ro

3 Sistem termodinamic, particularitati, tipuri

Un corp caruia vrem sa-I sdutiem prorprietatile termice sau conditile de echilibru energetic si considerat izolat fata de alte corpuri cu care intra in interactiune se numeste corp termodinamic.

Ansamblul corpurilor inconjuratoare constituie mediul exterior.

Mai multe corpuri( numar finit) nu prea mare cu proprietati dinstalatii frigorificeerite, fiecare corp avand o strctura continua care se gasesc in interactiune mecanica si termica formeaza un sistem termodinamic.

Sistemul termodinamic poate schimba energie si masa cu mediul exterior

In termodinamica intereseaza intr-un final schimbul de energie sub forma de caldura si lucru mecanic intre corpul sau sistemul termodinamic studiat si mediul exterior. Delimitarea sistemului termodinamic se face prin suprafete de control reale sau imaginare stabilite pentru determinarea si precizia a sistemului termodinamic considerat.

Dupa proprietatile grosimilor sistemului termodinamic distingem: sistem termodinamic inchis si deschis

Se numeste sistem termodinamic inchis sistemul ale carui granite sunt inpenetrabile pentru pentru materie si care contine deci o aceasi masa, volumul lui poate varia deoarece granitele se pot misca daca greutatea (masa) ramane constanta.

Sistemele termodinamice inchise pot fi izolate sau neizolate

Un sistem termodinamic inchis se numeste izolat daca nu are schimb de energie si masa cu mediul exterior.

Un sistem termodinamic inchis se numeste neizolat daca are numai schimb de energie cu mediul ambiant. Astfel daca sistemul termodinamic considerat are schimb de energie numai sub forma de lucru mecanic darn u si sub forma de caldura el se numeste izolat adiabatic. Daca intre sistemul termodinamic si mediu are loc numai schimb de caldura fara schimb de lucru mecanic, fara modinstalatii frigorificeicarea volumului sistemul termodinamic respectiv se numeste rigid.

Expl sistemului termodinamic inchis:

o INSTALATII FRIGORIFICE sau o pompa de caldura considerate un amsamblu la un sistem termodinamic se numeste deschis atunci cand granitele sale permit schimbul de materie si energie cu mediul exterior.

4 ECHILIBRUL TERMODINAMIC

Starea unui sistem termodinamic este determinata de un numar de marimi fizice caracteriste (2, 3, 4). Totaliatea acestor nr fizice masurabile care precizeaza starea stari termodinamice la un moment dat formeaza grupuri parametrilor de stare(presiune, temperature, volum )

Se numesc parametri de stare externi marimile ce caracterizeaza starea exterioara a sistemului termodinamic si care sunt functionari de coord. corpurile de sistem termodinamic. Se numesc parametri de stare interni marimile care depind de proprietatile interne ale corpurilor sistem termodinamic studiat(presiune, temepratura, densitate).

Un sistem termodinamic se afla in stare de echilibru numita stare de echilbru termodinamica daca marimile de stare nu se schimba atunci cand il izoleaza de actiunile mediului exterior. Starea de echilibru termodinamic este o stare de echilibru energica(mecanic, termic, chimic) atat intre corpurile din sistemul termodinamic cat si intre sistemul termodinamic si mediul exterior. In starea de echilibru termodinamic presiunea si temperatura din interiorul sistemului termodinamic sunt uninstalatii frigorificeorme in toata maasa acesteia si sunt egale cu presiunea si temepratura mediului exterior. Trecerea sistemului termodinamice dintr-o stare in alta se numeste process termodinamic fenomen caracterizat printr-o grupa de masini specinstalatii frigorificeice numite masini de proces. Marimile de process depind de natura procesului termodinamic respectiv in timp ce marimile de stare depind exclusiv de valorile parametrilor in starea constanta adica in starea initiala si in constanta aflata in procesul termodinamic( la o marime de stare dinstalatii frigorificeerita valorilor ei in 2 stari de echilibru termodinamic dinstalatii frigorificeerite, depinzand numai de starile respective si nu de modul in care sistemul termodinamic a trecut dintr-o stare in alta