11.OBIECTIVUL TERMODINAMICII . SISTEM TERMODINAMIC , PROPRIETATI . PROCES CVASISTATICSI NESTATICTermodinamica studiaza din punct de vedere energetic proprietatile generale ale substantelor si legile care guverneaza miscarea termica , fara a tine seama de natura miscarilor si interactiunilor moleculare.Termodianamica constituie aplicarea tehnica a legilor generale ale termodinamicii la studiul proceselor care se desfasoara in masinile si instalatiile termice . Termotehnica studiaza legile de producere transformare , transport si distributie a energiei termice in instalatiile industriale .SISTEM TERMODINAMIC Un sistem termodinamic este constituit dintr-un numar mare de particule de acelasi fel sau de natura diferita , care in cazul sistemelor eterogene se pot constitui si in subsisteme . Particulele se gasesc intr-o interactiune reciproca permanenta , marimile caracteristice sistemului fiind date de valorile medii ale parametrilor caracteristici starii micro .Totalitatea corpurilor care constituie obiectul cercetarii noastre formeaza sistemul termodinamic.In raport cu modul de repartizare a proprietatilor fizice in interiorul sistemului , sistemele termodinamice pot fi:-omogene in care proprietatile variaza continuu amestecurile de gaze , solutii-eterogene , in interiorul lor exista discontinuitati in variatia proprietatii sisteme formate din gheata si apa ; apa si vapori ;Un system omogen care prezinta o parte dintr-un system eterogen separate de celelalte parti printr-o suprafatade separatie pe care anumite proprietati variaza in salt , poarta denumirea de faza . Proprietatile sistemului Deosebim : - proprietati extensive depend de cantitate (volum , energia)- proprietati intensive nu depend de masa (temperature , presiunea , densitatea )Marimile care nudepend de starea anterioara a sistemului se numesc marimi de stare (presiune , volum , temperature , energie , densitate ) iar acelea ce depend de starile anterioare se numesc marimi de transformare sau de linie (lucru mechanic , caldura )Marimile care caracterizeaza starea macroscopica a unui system prezinta parametrii interni (presiune , temperature , densitate , energia ) iar cele care definesc pozitia sistemului fata de corpurile inconjuratoare parametrii externi (volum ocupat de system , intensitatea unui camp de forte )2 .PARAMETRII TERMODINAMICI FUNDAMENTALI : TEMPERATURA , PRESIUNEA , VOLUMUL .1.Temperatura.Masoara gradul de incalzire al corpurilor . Conform teoriei cinetico moleculare temp este o masura a energiei cinetice medii de miscare a moleculei .kTmwK2322 m- masa gazului w-viteza de miscare a moleculei2k-constanta lui BoltzmanAMNRk MR - constanta moleculara a gazului = kgKjAN - nr lui avogadro = 6.023*1026 kmolmolSe considera doua sisteme termodinamice de temp diferite care sunt puse in contact . Dupa un anumit timp datorita schimbului de temp cele doua sisteme ajung in echilibru termodinamic , respectiv temp se egalizeaza . ; daca se introduce un nou sistem C fenomenele se repeta . Conform cu cele enumerate anterior putem enunta Postulatul al II-lea al termodinamicii .Toti parametrii interni ai unui sistem termodinamic sunt dependenti de parametrii externi si de temperatura 2.Presiunea Este data de raportul dintre forta uniform repartizata si suprafata pe care este orientataSFp PamNp2 Conform teoriei cinetico moleculare presiunea este data de impulsul total obtinut prin ciocnirea moleculelor pe unitatea de suprafata.Se considera un recipient de presiune caruia i se ataseaza un manometru diferential in care se introduce un lichid manometric avand densitatea , capatul liber al manometrului fiind sub actiuunea presiunii barometrice B p>Bp transformare izocora 2121TTPP- legea lui Charles2) pt P=ct (P1=P2) -> transformare izobara 2121TTVVlegea lui Gay lussedaca temp absoluta T=ct (T1=T2) transformare izoterma 2 2 1 1* * V P V P 2121VVPP} legea lui Boyle MarriotteLegea lui Avogadro mVv 5Volumele egale de gaze diferite in acelasi cond de temp si presiune contin acelasi nr de mol V1=V2P1=P2 => m1=m2T1=T2Se considera doua cantitati de gaz m1 si m2 in cond legii lui Avogadro Estimand cele doua cant de gaz masa gazului este :m1=n1* m2=n2*m- masa gazului n-nr de molecule -masa unei molecule In aceleasi conditii de presiune si temp volumele molare ale tuturor gazelor sunt aceleasi5. EXPRIMAREA CANTITATILOR DE GAZ . DETERMINAREA MASEI GAZULUI . DETERMINAREA CONSTANTEI DE NATURA. 1.Prin nr de molecule nu este aplicabila2.prin kmoli3.prin masa este cea mai utilizata metoda avand avantajul faptului ca aceasta se conserva4 prin volume intr-un volum exista o dubla infinitate de perechi de valori (P,T) prin urmare exprimarea cantitatilor de gaz prin volume nu este posibila . Totusi cantitatile de gaz pot fi exprimate prin volum daca valoarea acestuia este insotita de marimile presiune si temperatura . Pentru a se evita multitudinea de posibilitati de exprimare in practica s-au definit doua stari de referinta :a) starea normala fizica definita de parametrii pN=1.013 bar = 1atm = 760 TorrTN= 273kb)Starea normala tehnica pn=0.981bar=1 atm=750TorrTn= 293kDaca parametrii starii oarecare sunt caracterizati de marimile P,U,T reducerea la starea normala se face utilizand relatia Clapeyron-MendeleevNNN NVT V PTpVDeterminarea masei gazelor a) -daca gazul se gaseste intr-o stare oarecare, det mesei gazului se face utilizand ec de stareRTV pm*b) -daca gazul se gaseste la starea normala se foloseste ec de stare la parametrii starii normale 6NNT RV pNm**Consecinta legii lui Avogadro a fost ca in aceleasi conditii de presiune si temperatura , volumele molare ale tuturor gazelor sunt aceleasi .VNMV mN N41 , 22* daca se cunosc nr de kmoli masa gazului se exprima ca prod intre nr de kmoli si masa moleculara.m=N*M [kg]Determ ct de naturapNVMN=RMTNTNV PRMN nM*constanta molara a gazului MRMR - constanta de natura a gazului 6. AMESTECURI DE GAZE . METODE DE FORMARE . PRESIUNE SI VOLUM PARTIAL . LEGILE LUI DALTON SI AMAGAT Amestecul de gaze Reuniunea in acelasi vol de gaze formeaza un amestec de gaze. Gazele care formeaza amestecul poarta den de componenti-Componentii care form amestecul nu interactioneaza chimic intre ei-Temp tuturor comp sunt egale cu temp amestcului.Posibilitati de formare a amestecului sunt : difuziune ; curgere ; 7umplerePresiune partiala volum partial Se presupune 3 gaze diferite care ocupa un anumit vol.Din cele trei gaze se realiz un amestec in acelasi vol. Pres pe care o are un component cand se gaseste la vol amestecului se numeste pres partiala. Suma pres parteste egala cu pres amestecului (Dalton) p=p1+p2+p3 sau pi=pSe despart apoi comp a i pres sa ramana egala cu cea a amesteculuiSe despart apoi comp a i pres sa ramana egala cu cea a amestecului. Se obt vol V1,V2,V3 Vol ocupat de un comp cand se gaseste la pres amestecului se numeste vol partialV=V1+V2+V3 (Amagat)Suma vol partiale este egala vol amestecului (in aceasi cond de pres si temp)87. EXPRIMAREA COMPOZITIEI UNUI AMESTEC : PARTICIPATII MASICE , VOLUMICE SI MOLARE .Se face prin participatie. Se considera un amestec de gaze cu masele : m1,m2.mn1 .. ..........1 + +mmmmnimmi i-part masica ;mi-masa comp ; m-masa amestSe cons un amestec de gaze format din vol V1,V2,VnConf lui Amagat avem :V1+V2++Vn=V1 . ..........1 + +VVVVnirVV1participatie volumica Raportul intre nr de kmoli ai unui comp, nr de kmoli ai amest poarta den de part molaraSe noteaza cu gi=NiNiNNiEcuatia de stare se poate exprima in doua moduriRiT m V p1 1RiT m pViiParticipatia volumica este egala cu participatia molaragiNNiVViPi 8. TRANSFORMARI ALE PARTICIPATIILOR .MASA MOLECULARA APARENTA , CONSTANTA AMESTECULUI , PRESIUNILE PARTIALE ALE COMPONENTILOR , DENSITATEA AMESTECULUI . 1.Masa molec aparentaM=miMN=Mi Ni MiriNMiNiM NimimNimNnM2. Presiunile partiale ale componentilor piV=miRiT pVi=miRiTn pVVip pi * 3.constanta de natura a amestecului 9piv=miRiT/piv=miRiTV=pi=TmiRipv=mRTmRT=TmiRi Ri i RimmiR * 4. densitatea amestecului VVi iVmivm * =iri9.INTERACTIUNEA SISTEMULUI TERMODINAMIC . CATEGORII DE INTERACTIUNI SI PARTICULARITATILE ACESTORA . REGULA DE SEMNE Trecerea gazului dintr-o stare in alta este insotita de modificarea parametrilor de stare si se cheama transformare . In acelasi timp insa , sistemul termodinamic interactioneaza cu mediul exterior prin schimb de energie Energia totala a sistemului prezinta doua componente 1. energia externa (energia cinetica , energia potentiala ) absorbita direct2. energia interna , care reprezinta energia de miscare a moleculelor energia nivelelor energetice si in energia nucleara ,Interactiunea sistemului termodinamic se caracterizeaza prin transferul de energie.Acest transfer se poate realiza in doua moduri :1. interactiunea prin transfer termic sau caldura . Caracteristic sistemelor termodinamice care nu-si modifica parametrii externi . Impropriu spus cantitatea de energie transferata se numeste caldura .2. Interactiunea prin transfer mecanic , caracteristic sistemelor care isi modifica parametrii externi , impropriu spus cantitatea de energie transferata se numeste lucru mecanic ,. Lucru mecanic si caldura nu pot fi caracterizate intr-o singura stare , ele apar in procesul de transformare dintr-o strare in alta . Energia este o caracteristica a starilor . 10 .INTERACTIUNEA PRIN TRANSFER MECANIC Consta in modificarea volumului sistemului . In functie de caracteristicile sistemului deosebim : a) lucru mecanic absolut corespunde sist termodinamic inchis , respectiv acelor sisteme care nu efectueaza schimb de materii cu mediul exterior . Consideram un sist termodinamic format dintr-un gaz inchis intr-un cilindru printr-un piston care efectueaza o miscare intre doua pozitii (p1,V1) ; (p2 , V2) . Unei deplasari infinit mici a pistonului dl ii corespunde o miscare de volum . 2112*dv p L expresia lucrului mecanic absolut10Se observa ca lucru mecanic reprezinta suprafata (1,2,V2,V1) cuprinsa intre curba transformarii si axa absciselor . b) Lucru mecanic de curgere Se considera o conducta in care curge un gaz si trei sectiuni echidistante .Pentru ca gazul sa se deplaseze volumul definit de sectiunile S1, S2 , trebuie ca asupra lui sa se actioneze cu o anumita forta . Lucru mecanic L=F*lProdusul P*V este o functie de stare c) Lucru mecanic tehnic corespunde sistemelor termodinamice deschise respectiv acelor sisteme care organizeaza schimb de materie cu mediul exterior . Consideram un sistem termodinamic format dintr-un gaz , inchis intr-un cilindru print-un piston , care se deplaseaza intre cele doua puncte extreme in PMS si PMI Gazul comunica cu mediul exterior prin intermediul a doua supape La deplasarea spre dreapta a pistonului aflat la punctul PMS se deschide supapa de aspiratie si intr-un cilindu este aspirat gazul la presiunea p1 in procesul (0-1) . Odata pistonul ajuns in pct 1 se inchide supapa la aspiratie gazul efectuand o destindere de la p1 la p2 in procesul (1-2). Pistonul ajuns la pct 2 schimba sensul de miscare , se deschide supapa de refilare , gazul fiind evacuat in procesul (2-3) la presiunea p2 Lucrul mecanic va fi +21 vdp LLucrul mecanic repr ari (1,2,P2,P1) cuprinsa intre curba transformarii si axa ordonatelor.11 Interactiuneatermica a sistemului termodinamic.Se numeste capacitate calorica a unui corp cantitatea de caldura necesara acestuia pt. a-si creste temp. cu 1 grad.Cc=Q/T[KJ/K]11Se numeste caldura specifica cantitatea de caldura necesara unitatii cantitative a unei subst. pt. a-si creste temperature cu 1 grad.Mai correct se numeste capacitate termica specifica.CLASIFICARE:A) Dupa unitatea cantitativa:-caldura specifica masica c[KJ/KgK]-caldura specifica volumicaC[KJ/mNK]-caldura specifica molara CM[KJ/KmolK]C = cN[ KJ/mNK] = [KJ/KgK] [Kg/mN]B) Dupa intervalul de temperatura:1)Caldura specifica medie:C|t1=Q12/m(t2-t1) =se utilizeaza in aplicatii unde este necesara determinarea cant. |t2De caldura pe intervale.2)Caldura specificareala (adevarata)Ct =lim Q12/m(t2-t1) = se util.in aplicatii unde este nec. Caracterizarea unei T2-t1=tMarimi termice ce corespunde unei val.exacte a temperaturii.C) Dupa natura procesului:-caldura specifica la presiune constanta [cp, Cp, CMp(masica la presiune consanta, volumica si constanta)].-caldura specifica la volum constant ( cv, Cv, CMv). 12 Determinarea caldurii specifice.Exista 4 moduri de determinare a caldurii specifice:1) Caldura specifica aproximativa se det.cu ajutorulteoriei cineticomoleculare , aceastasustine ca val.caldurii specifice nu depinde atat de natura gazului (corpului) cat de nr.de atomi cuprinsi in molecula gazului.Nr.de atomiCMP [Kcal/Kmol.K]CMV [Kcal/Kmol.K]K1 5 3 1,662 7 5 1,43 9 7 1,285122) Utilizandrelatiile lui Robert-Mayer.Cp=cv + R | cvCp/cv = 1+ R/cvCv = R/K-13)Utilizand relatii de recurenta de formac= a+ bt + et+ ft + in care a,b,d,e,f sunt coeficienti ce depend de natura gazului si de tipul caldurii specifice ( volumica , masica, molara la presiune sau la vol.constant).4) Utilizarea tabelelor: Tabelele se alcatuiesc atat pt.caldura specifica medie cat si pt.caldura specifica de ardere(reala)T [grade c]O2 N2 CO2010020030013 Energia interna.Energia totala a sist.este formata din energia cinetica datorita miscarii de ansamblu a corpurilor(K) , din energia potentiala datorita pozitiei corpului intr-un camp exterior de forte (H) si din energia continuta in int.corpului, care se numeste energie interna (U).E = K+ H+ UEnergia interna reprezinta suma energiilor ce tin de miscarea moleculara , nivelele energetice, etc.< U>si =[ KJ]si =[ KJ/Kg]Energia interna este o marime de stare. Marima ei nu depinde de drumul parcurs cid oar de starile initiala si finala , fiind deci o marime extinsa ( depinde de cantitate) . In calcule nu intereseaza val.absoluta a energiei int.ci doar variatia ei ,care exprima practice schimbul de energie cu mediul ambiant.Se considera 1 kg de gaz inchis intr-un cilindru printr-un piston fix ,acestei cantitati de gaz I se furnizeaza caldura.Deoarece pistonul este fix intreaga cantitate de caldura furnizata se va regasi sub forma variatiei de enerie interna.13 Q12=mcv( T1-T2) = mcv T= U(J) u= mRdt u= Rdt| SU = mRT + ToTo= o ,T = 273 K .14ENTALPIAEste o forma de energie calorica . repr.suma dintre energiainterna si lucrul mechanic de curgere . Impropriu i se mai spune si continutul de energie a sist.deoarece aduna laolalta doua energii avand componente diferite.- componenta termica ( U)- componenta mecanica ( pv)Fiind suma a 2 marimi de stare si entalpia este o marime de stare. I = U+ (pv)(pv) = mRTI= mcvT+mRT= T (cv +R)Deoarece I ambele situatii variatiatemp.este de 1K, variatia energiei interne va fii aceeasi ( in ambele situatii). In cel de-al doilea caz cantitatea de caldura furnizata se va regasi atat sub forma de variatie interna cat si sub forma unui lucru mecanic ( pistonul se deplaseaza).In primul caz cantitatea de caldura furnizata a fost folosita exclusive pt.variatia eneriei interne (pistonul este fix).15 Primul principiu al termodinamiciiExprima legea conservarii si transformarii energiei aplicate la sistemele termodinamice.1. Pt.un system izolat suma energiilor este constanta.2. Energia nu se poate crea si nici distruge, poate doar sa se transporte dintr-o parte in alta in cantitati echivalente.143. Perpetum mobile de speta 1 este o posibilitate, este o masina ( termica) care ar putea produce lucru mechanic fara modificarea conditiilor exterioare.16 EXPRESIILE MATEMATICE ALE PRIMULUI PRINCIPIU AL TERMODINAMICII.Presupunem un sisem termodinamic care primeste caldura si care efectueaza in acelasi timp lucru mecanic. Acest schimb energetic se realizeaza simultan pe masura ce sist. Primeste caldura, el furnizeaza si lucru mecanic. Presupunem ca pe portiunea 1-3 este furnizata intreaga cantitate de caldura , iar pe portiunea 3-2 se efectueaza intreg lucrul mecanic.Q13 = E3-E1: Q13=Q12L32 = E3-E2L32 =L12 Q12 L12 =E2-E1 =EQ12 = E + L12 cantitatea de caldura furnizata sist. Serveste cresterii energiei sale, precum si producerii de lucru mecanic.a) Pt. sisteme inchise:E =K + H+UQ12 = K +H +U + L12(1) forma energeticaIn practica o parte din lucru mecanic se transforma prin frecari in caldura.L12 = pdv LfQ12+ Lf = K + H +U + p dv (2)Q12 + Lf = I + H+ K - v dp(3)In multe situatii aceste ecuatii se pot simplifica.Astfel daca viteza de miscare a sist.este mai mica de 30 m/s [( w< 30 m/s ) K = 0 ] , daca dimensiunile masinii nu sunt foarte mari variatiaenergiei potentialeK = 0 , H = 0 si daca si Lf = 0 sistemele inchise devin :Q12 = U + L12q= Du+ LQ12 = U + p dv q = Du + p dv15Q12 = I - v dp q = di - vdpb) Pt.sist.deschise: -caracteristic sist.deschis este lucru mecanic tehnic a carui expresie este : Lt = p1 v1 p2v2+ L12L12 = Q12 - K - H - U Lt = p1v1-p2v2+Q12- K -H U2+U1Lt = Q12 - I - H - K (1)Q12 -I = - Lf - v dp ( din 3)Lt Lf - v dp - H - K (2)c) Pt. sist.in curgere:-sist.in curgere ( o conducta fixa) au lucrul mecanic tehnic 0.Relatiile (1) si (2) devin: K = Q12 - I - H(1.sec)K = -Lf - v dp - H (2.sec.)17 Transformarea izocora:a) ecuatia transfomarii : p dv + vdp = m R dt | : ( p v)Dv/ v + dp /v = dT/Tdp/p = Dt/TLup2/p1 = lu T2/T1P2/p1 =T2/T1 Charlesb) Constructia grafica:161-3 racier izocora (Q13 > 0)1-2 incalzire izocora (Q12 < 0)O izocora se repr.printr-o dreapta verticala.c) Lucrul mecanic absolut:L12 =p dv = 0Lt = - vdp = v (p2 p1)c) Cantitatea de caldura :Q12= U + p dvQ12 = m cv (T2-T1) [J]Cantitatea de caldura furnizata sist.la volum constant serveste la sau provine dintr-o variatie de energie interna.18. Transformarea izobara.a) V2/V1 = T2/T1 Gay Lussacb) Reprezentarea grafica : Q12 (Q12 > 0) incalzire izobaraQ13 (Q13 < 0) incalzire izobara.17O izobara se repr.printr-o dreapta orizontala.b) Lucru mecanic absolut si tehnic.L12 = pdv = p (v2-v1)L12 = m R(T2-T1)Lt = - vdp = 0c) Cantitatea de caldura: Q12=I - vdp = mcp (T2-T1) [J]Cantitatea de caldura furnizata sist.izobar serveste la sau provine dint-o variatie de entalpie.19) Transformarea izoterma:A) Ecuatia transformarii:P1/p2 =v2/v1 legea lui Boyle Mariotteb) Reprezentarea grafica:O izoterma se repr.printr-o hiperbola echilatera.c) Lucru mecanic tehnic si absolut:L12= pdvP=m R T /VL12= m R T dv/v = m R T ln V2/V1 =m R T ln P1/P2 18Pdv + vdp = m R dtPdv = - vdpL12= Ltd) Cantitatea de caldura :Q12 = U + L12Q12= L12 =Lt20) transformare adiabata (ecuatia transformarii, reprezentare geografica)Pornind de la expresia matematica a primului principiu:Q=dU+p*dV si tinand seama de faptul ca: Q=0: dU+p*dV=0. Pe baza expresiei energiei interne: dU=m*Cv*dT.Ecuatia transformarii adiabate este: kkkppVVTT12111221,_,_Reprezentarea grafica. Adiabata va fi reprezentata sub forma unei hiperbole.In figura de mai jos este reprezentata curba transformarii adiabate p*Vk=ct. 21) Transformarea adiabata (lucrul mecanic, cantitatea de caldura, constructie grafica)Lucrul mecanic:U L L U Q + 12 12 12. Lucrul mecanic se produce pe seama scaderii energiei interne iar lucrul mecanic consumat produce cresterea energisi interne. Pt stabilirea expresiei lucrului mecanic absolut se scrie expresia matematica a primului principiu tinand seama de Q=00 * * ,* * + + dV p dT c dV p dU Qv. Expresia lucrului mecanic tehnic se deduce din egalutatea: dp V dV p k * * * * sau tLLdp V dV p k * * *12Constructia grafica a adiabatei se realiseaza dupa cum urmeaza se duce o dreapta inclinata la un unghi oarecare fara de axa OV. Din eucatia 1+tg=(1+tg)k se gaseste valoarea unghilului . Cu acest unghi se duce o a doua dreapta inclinata fata de Op. Din punctul 1 de coordonate (p1V1) se duc 19alternativ perpendiculare pe dreptele inclinate la 45o fata de axe.. ecuatia transformatii adiabate:kVVpp,_122122) Transformarea politropa (ecuatia transformarii)Conform primului principiu al termodinamicii cantitatea de caldura furnizata unui sistem serveste la variatia energiei si pa producerea lucrului mecanic. Se considera o cantitate de caldura Q. Presupunem ca o cota x din cantitatea de caldura serveste variatiei energiei interne iar restul la producerea de lucru mecanic. Ecuatia transformatii politrope este nnnppVVTT12111221,_,_23) Transformarea politropa (lucrul mecanic, cantitatea de caldura, constructie grafica)Expresia lucrului mecanic absolut este: 2112* * dV p L dV p L Cantitatea de caldura schimbata in proces are forma: Q=,m**dT.Relatia intre lucru mecanic absolut si cantitatea de calduea este 12 12*1Lkn kQTrasarea grafica a unei politrope se face prin metoda Bauer. Se alatura celor 2 ave de coordonate 2 semidrepte care fac cu axele de coordonate unghiurile si aflate in relatia: (1+tg)n=1+tg. Ecuatia transformarii politrope:nVVpp,_122124) Particularizarea transformarii politrope. Pozitia relativa a politropelor in diagrama p-VTransformarea politropa este cea mai generala prin particularizarea careia se obtin toate cele 4 transformari studiate anterior. Particularizarea se face prin atribuirea indicelui politropic n diferite valori.Se pleaca de la ecuatia transformarii politrope: p*Vn=ct. 20Se presupune o politropo oarecare in diangrama p V si un punct oarecare M pw aceasta politropa. In acest punct se traseaza tangenta geometrica25) Ciclul Carnot:S a pus problema realizarii unui ciclu care sa aiba randament maxim posibil si pt aceasta Carnot.A ajuns la urmatoarele concluzii:-pt ca ciclul sa aiba randament maxim posibil trebuie ca transformarile complete ale ciclului sa fie reversibile-singura modalitate reversibila de transfer de caldura este transformarea izoterma deci contactul cu cele doua surse trebuie sa aiba loc izotermic restul masinii fiind izolate.Randamenntul oricarei masini se poate defini:121QQ .Randamentul ciclului carnotdepinde doar de temperaturile celor doua surse fiind independente de natura agentului motorAl doilea principiu al termodinamicii.Exprima aspectul calitativ al transformarii energiei, acesta specificand faptul ca energia nu se poate transforma integral dintr o forma in alta. caldura nu trece de la sine numai de la sursa de caldura la sursa rece, trecerea inversa se face cu consum de enrgie. nici o masina terminca nu poate functiona fara a fi in contact permanent cu doua surse de caldura avand temperaturi diferite. perpetuum mobile de speta a 2 a este o imposibilitate26) Determinarea grafica a sensului variatiei de temperaturaSe considera o transformare oarecare 1-2 careia i se traseaza izoterma starii initiale 1-3 si izocora starii finale 3-2. Se pune problema determinarii sensului variatiei de temparatura in transformarea 1-2.Daca o transformare decurde in diagrama sub izoterma starii initiale in acea transformare are loc o scadere de temperatura. Daca transformarea decurge in diagrama deasupra izotermei starii initiale atunci in transformare se produce o crestere de temperatura.27) Determinarea grafica a schimbului de caldura in transformariSe presupune o transformare oarecare 1-2 careia i se traseaza adiabata starii initiale 1-3 si izocora starii finale 3-2. Se presupune determinarea schimbului de caldura in transformarea 1-2.21 Daca o transformare decurge in diagrama deasupra adiabatei starii initiale in acea transformare exista un aport de caldura, daca transformarea decurge sub adiabata starii initiale in transformare exista o cedare de caldura28) Variatia de entropie a gazelor perfecteSe vor studia situatiile in care entrapia creste scade si ramane constanta. TQds: sgn sgn Q ds -Q>0(agentul termodinamic primeste caldura de la mediul exterior). Q Q>0 => gazelle primeste caldura de la mediul exterior, at temmp creste procesul decurgandd de la dreapta sa stangaDaca ds=0=> =0procesul decurpe pe vertical 31) functia carnotica. Integrala lui clausiusIntegrala carnotica....randamentul coclului carnot depinde de temperatura. Caldura trece de la sine numai de la sursa calda la sursa rece. Trecerea inversa se face cu consum de energie.Integrala lui clausius: presupunem un ciclu oarecare pe care il intersectam cu o infinitate de adiabate. Deoarece adiabatele sunt foarte apropiate intre ele presupunem ca temperatura la trecerea de la o adiabata la alta rapane constanta. Descompunem ciclul oarecare intr o infinitate de cicluri carnot; astfel fiecare ciclu elementar carnot [rimeste de la sursa calda caldura IQqiI la temperatura T1i cedand sursei reci caldura IQ2iI la temperatura T2i, raportul Q/T poarta denumirea de functie carnorica. Pt u ciclu carnot reversibil suma functiilor carnotice este nula, scriem acest lucru pt ciclurile carnot elementare: 02211,_ +iiiiTQTQ. Pt un ciclu oarecare reversibil integrala lui clausius este nula.32 Arderea combustibililorUn comb este un corp o substanta care prin ardere degaja energie sub forma de caldura. Pt a putea fi consid. Comb trebuie sa indeplineasca 3 cond1. Viteza de ardere sa fie sufficient de mare pt ca cand de caldura sa fie sufficient de mare2. Comb sa nu aibe utilizari ambiante3. Sa nu produca daune mediului ambientClasificare: In functie de starea de agrgare gazosi lichizi solizi23In functie de natura comb nuclear, fosiliO categorie aparte de comb o reprezinta explozibili care au prop de a avea in component lor oxgenul necesar arderii si degajarii unei val mare de gaze de ardere, fapt care produce o crestere locala de presiune care explica faptul ca efectul destructive al exploziei33 Puterea calorica Valoarea energetic a unu conbustibil se exprima prin puterea caloric. Puterea caloric superiaoara (HS): este cant de caldura dezvoltata , unitataea de caldura a unei substante cand aceasta este adusa la temp mediului ambient si Hicare este puterea caloric inferioara cant de caldura dezvoltata prin adredea unitatii cantitative cand aceasta paraseste zona de combustie la pemt de ardere1Rel intre cele 2 puteri calorice este Hs=Hi + 2510 (9h+w)H,w participatiile masice a H si a umiditatii din combusdtibil In functie de starea de agregare p.c. se masoara in [K khkJ*], [K hmolkJ*], [K N m kJ*3] Analiza unui combustibilCompozitia unu combustibil se poate exprima prin analiza elementara , respective prin analiza tehnica.1. Analiza elementareexprima participatiile masice ale elementelor chimice ce intra in compozitia comb si are forma c+h+s+o+n+w+a=1kgaparticipatia masica a cenusi w -- --||-- umiditatii din comb Lit. mici repr participatia masica a elementelor chimice ce au ca symbol lit mare respectiveC= 0,55 C-55%34 Arderea complete Se caraterizeaza prin faptul ca in urma procesului nu mia ramanle elemente de combustibil: nu exista pierderi de combustibil in cenusa , iar dpdv chimic C se oxideaza complet conform rel C+O2 CO2+ 409586 KgKj. Celelalte elemente consumabile nu se oxideaza complet conform rel H2+21O2 H2O + 242244 KgKj24 Din analiza elementara a combustubilului se cunoaste ca un combustibil este caracterizat prin : c+h+s+o+n+w+a=1 kgDe aici => ca O2 necesar arderii STOECHIOMETRICE poarta den de O2 minum necesar. Pt calculul acestuia se util reg de 3 simplaPt 1 kg kmol.c+12 kg C .1 kmol O2Pt c kg C/. X kmol O2In combustibil exista o cantitate de O2 care poate participa la ardere prin urmare aceasta va scadea din sumna val calculateO2min= ++-De regula O2 se ia din aer, aceata contine si 78% azot. Cum partea volumica este identical cu cea molara se scrie1 kmolaer contine 0,21 km ol O2 Lmin =21 , 0min 0kmol necesarPractic a dovedit insa ca pt siguranta unuei adreri complete este encasara furnizarea unei cand de aer mai mare decat aerum minim Se defineste drept coeficentul de excendent sau de excesul aer raportul=min L LIn reactiile chimice se va consuma evident cant de oxygen O minin plus regasinduse in v al gazelorde ardere35Arderea incompletaArderea complete este ideala dezvoltand efectul energetic maxim. Totusi orice sar face arderea nu poate avea un character perfect complet. Exista 2 cazuri care duc la arderea incomp :A)Ard mecanica incomp la care o parte din combustibil paraseste zona de combustie din diferite motive: combustibil de granulatie mica care cade in cenusa , praf de combustibil care este antrenat de tiraj la cos ,combustibil aglutinat care contine combustibil nears.B)Arderea chimica incomplete afecteaza carbon care se oxideaza conform reactiei C+21+O2CO+123321kmolkjPt studio se va presupune doar arderea chimica incompleta. A se luain considerare deoarece arderea mecanica incomplete va fi pusa in evident prin analiza produselor arderii (cenusa)Deoarece se doreste realizarea arderii incomplete a comb acestuia I se va furniza cant de aier necesara arderii complete. Calculam component gazelor din comb (x*c) reactioneaza la CO2, iar restul (1-x)*c reactioneaza la CO. Acest x trebuie vazut ca fiind la cuprins intre 0 si 1. Pt x=0 => arderea total incompleta. Pt x=1 => aderea total completeOxigenul minim necesar arderii incomplete se calculeaza folosind regula de 3 simplePt 1 kmol C= 12 kg C.1 mol O2Pt X*C kg C/kg CarbXIn cazut alredii incomplete O2 rezultat este > ca la arderea complete. Al 2-lea termen se datoreaza faptului ca la arderea incomplete a C se consuma doar o jumatate de Kmol de O2 din cei 1 Kmol consumati la arderea completeAlte modificari in vol de gaze de ardere se redefa la C25(CO2) f =12xc(CO) f =12* ) 1 ( c x (SO2) f32s(N2) f=min 0 *21 , 079 , 0x+ carb KmolNn/28Val gazelor uscate este: Vgns=(CO2) f +(CO) f +(O2) f +(N2) fIntroducand indicele de C =fCO ) 2 (min 0val gazelor de ardere uscate devine :(12) 1 (12*++C X C X-1) *12* ) 1 (24 12CxC CN +36VaporiSe incadreaza in cat gazelor reale de aceea sunt studiati separate. Sunt gaze reale monofazice aflate in apropierea pctului de lichifiere.Terminologie: se considera 1 Kg de H2O inchis intrun cilindru printrun piston. Acestei cant ii se furnizeaza caldura, prin aceasta apa a suferit transformari. Intregul process de vaporizare decurge la presine constanta , presiue data de suma dintre presiunea barometrica sic ea data de greutatea pistonului pe unitatea de suprafata. Furnizand caldura se parcurg urmatoarele 5 etape:1. Apa se gasaste in cant m=1Kg la temp (t0) 2. Temp apei creste si ajunge la temp de saturatie (t s). Dina masa de lichid incep sa se repare vaporii de apa iar val specifical lichidului creste. Aceasta crestere de val specifica se realizeaza numai deasupra temp de 4 grade C deoarece la aceasta val a temp densitatea apei are val maxima.3. Continuand furnizarea de caldura din masa de lichid se desprinde o cand cat mai mare de vapori de apa. Acestia eu temp= cu cea a lichidului din care provine. Ponderea in care se produce vaporizarea poarta den. De titlu (X) x=VSU LSVSUm m m+ VU=LS+VSU4.continuand furnizarea de caldura intreaga cand de LS se transforma in VSU. Acestia au aceasi temp cu cea a lichidului saturat aceasta fiind o lege fundamental a fierberi.5. Furnizand caldura ptr VSu , temp acestora creste de la t S la t1 acestia transformanduse in vapori supraincalziti (VSI) . Din pct de vedere energetictrecerea de la lichid la lichid saturat se caracterizeaza prin caldura lichidului. Prin conventie international a parametric LS se noteaza cu indicele prim iar cei a VSU se noteaza cu indicele second. Atunci caldura lichidului q l=I`-I0. Trecerea de la VSU la LS se caracterizeaza pein r=I`-I``. Trecerea de la VSI la VSU se caracterizeaza prin caldura de supraincalzire q SI =I 1 - I``2637Determinarea parametrilor aburilor Tabele cu aburi1 Tab de LS+ VSUFiecare din tabele este alcatuita pt 1 kg de substantaTabele la LS+ VSU in functie de tempereturat 0v`V`` `` I` I`` S` S``f ) ( p = LS + VSUP T V` V`` I` I`` S` S``Intre cele 2 tabele nu exista nici o deosebire decat in privinta parametrului care prezinta valori exacte. Utilizarea unuia sau altuia dintre tabele depinde de primul parametru care se cunoaste2 L+VSI este alcatuit pt valori a presiunii si temp. Aceasta contine in functie de temp de pe col din stanga si de presiune valorile volumilui, entalpiei si entropiei specific. Carcteristic acestui table este faptul k a divizat in doua printro linie de demarcatie orizontala. Aceasta linie este trasata in dreptul temp de saturatie corespunzatoare presiuni respective. 38 DETERMINAREA PARAMETRILOR ABURULUI Diagrama cu aburi1. DIAGRAMA P-V Cele 2 curbe limita, curba limita inferioara pt care titlu = 0 si curba limita superioara unde x=1 impart campul diagramei in 4 zone Zona 1 apa se gaseste in forla lichida . intre cele 2 curbe limita zona 2 lichidul este vapori umezi. Zona 3 sub tk zona vaporilor supraincalziti au prop de a putea fi lichifiati. Zona 4 zona vaporilor supraincalziti supracritici nu pot fi lichifiati. Se observa ca trecerea de la lichid la vapori supraincalzit se face direct fara a mai treceprin stadiu de vapori umezi. Parametri pct critici sunt pk=221,09bar tk=374,15oC . Pctul critic k este dat deintersectia curbei limita inferioara cu CLS. Izoterma care trece prin pct critic nu mai este o hiperbola echilaterala ci prezinta inflexiuni.272. DIAGRAMA T-sDiagrama se foloseste la det cant de caldura obtinuta in instalatile termice Diagrama T-s cuprinde: Curbe de titlu constant (x=ct*0,2;0,4;0,5..) Curbe limita (CLJ, CLS ) Izobarele (p=ct) In zona 1 izobarele sunt f apropiate de zona limita inferioara. In zona 2 se confunda cu izotermelein zonele 3 si 4 sunt curbe logaritmice izocorele formeaza un fascicule de drepte in zona 2 convergente in pct de intersectia a curbei limita inferioare cu axa ordonatelor, iar in zonele 3 si 4 acetsea prezinta o panta mai < decat izobarele.3. DIAGRAMA I-sEste cea mia utilizata diagrama , ptc critic nemai fiind la maximult intersectiei CLI cu CLS. Prezinta avantajul posibilitati det directe al LM specific obtinut prin destinderea aburuluiin masina energetic. Se considera un process adiabatic oarecare. Diferenta I1-I2 se numeste 28cadete termica si are ca echivalent lucru mechanic ethnic. Det se face direct din diagrama prin reperarea celor 2 pcte si masurarea pe vertical a segmentului. Izobarele in zona 2 se confunda cu izotermele iar in zona 3 sunt curbe exponentiale . Izocorele formeaza un fascicol de curbe covergente spre origine in zona 2 iar in zona 3 prezinta panda mai mare decat izobarele. Izotermele in zona 3 devin asintatice la orizontala.