Basic overview of air compressor thermodynamics
21 aprile, 2022
To better understand the physics of air compressor thermodynamics and heat generation, this article discusses the main principles and two gas laws.
Come viene trasferito il calore?
La termodinamica è un campo molto interessante della fisica, specialmente per approfondire la conoscenza dei compressori dell'aria. Facendo seguito alla precedente introduzione alla termodinamica, questo articolo descrive il trasferimento del calore.
Come viene trasferito il calore?
Qualunque differenza di temperatura all'interno di un corpo oppure fra sistemi o corpi diversi dà origine a un trasferimento di calore, fino al raggiungimento di un equilibrio termico. I trasferimenti di calore possono avvenire in tre modi diversi:
- per conduzione
- per convezione
- per irraggiamento
La conduzione è il trasferimento di calore mediante contatto diretto fra le particelle. Essa si verifica fra corpi solidi o strati sottili di un liquido o di un gas. Gli atomi che vibrano cedono parte della loro energia cinetica agli atomi adiacenti che vibrano in misura minore.
La convezione è il trasferimento di calore fra una superficie solida calda e il fluido adiacente (gas o liquido) fermo o in movimento, rafforzato dal rimescolamento fra le varie parti del fluido in questione. Essa può presentarsi sotto forma di convezione libera, a seguito del movimento naturale che si produce all'interno di un mezzo a causa delle variazioni della densità dovute alle differenze di temperatura, ma anche sotto forma di convezione forzata, nei casi in cui il movimento del fluido è causato da agenti meccanici come ventole o pompe. A causa delle velocità di miscelazione più elevate, la convezione forzata dà luogo a trasferimenti di calore nettamente maggiori.
L'irraggiamento è il trasferimento di calore attraverso lo spazio vuoto. Tutti i corpi con una temperatura superiore a 0 °K emettono calore in tutte le direzioni tramite la radiazione elettromagnetica. Quando i raggi di calore incontrano un corpo, parte della loro energia viene assorbita e trasformata in calore che riscalda il corpo in questione. I raggi che non vengono assorbiti attraversano il corpo stesso o vengono riflessi da esso. Nelle situazioni reali, la trasmissione del calore è data dalla somma del trasferimento simultaneo per conduzione, convezione e irraggiamento.
La trasmissione di calore in uno scambiatore di calore dipende in ciascun punto dalla differenza di temperatura prevalente e dal coefficiente di trasferimento termico complessivo. Per descriverla occorre utilizzare una differenza logaritmica media di temperatura invece della differenza aritmetica lineare di temperatura ΔT.
La differenza logaritmica media di temperatura è definita come la relazione fra le differenze di temperatura in corrispondenza dei due lati di collegamento dello scambiatore di calore secondo l'espressione:
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