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Misurazione del lavoro, della potenza e della portata in volume

Compressed Air Wiki Fisica dei compressori di aria Nozioni teoriche di base

Una volta apprese qui le nozioni di fisica di base, è possibile che sorga la curiosità di scoprire ulteriori informazioni sulle unità fisiche utilizzate per misurare aspetti diversi della materia. Quando si ha a che fare con l'aria compressa, ciò può risultare molto utile. Questo articolo illustra le nozioni di base relative alla misurazione del lavoro, della potenza e della portata in volume.

Che cos'è il lavoro meccanico? Come lo si misura?

strumenti di misura

Il lavoro meccanico può essere definito come il prodotto di una forza e della distanza per cui essa agisce su un corpo. Esattamente come per il calore, il lavoro è energia che viene trasferita da un corpo all'altro. La differenza risiede nel fatto che si tratta ora di una forza invece che di una temperatura. Questa situazione è illustrata ad esempio dalla compressione di un gas contenuto in un cilindro mediante un pistone mobile. La compressione avviene a seguito di una forza che sposta il pistone. L'energia viene pertanto trasferita dal pistone al gas contenuto nel cilindro.

Tale trasferimento di energia è lavoro nell'accezione termodinamica del termine. Il risultato del lavoro può assumere numerose forme, come variazioni dell'energia potenziale, dell'energia cinetica o dell'energia termica. Il lavoro meccanico associato alle variazioni del volume di una miscela di gas è uno dei processi più importanti nella termodinamica tecnica. L'unità SI per il lavoro è il Joule: 1 J = 1 Nm = 1 Ws.

Come si misura la potenza?

La potenza è il lavoro eseguito per unità di tempo. Si tratta di una misura della velocità con cui è possibile svolgere il lavoro.
L' unità SI della potenza è il Watt: 1 W = 1 J/s. La potenza, o il flusso di energia, erogata all'albero motore di un compressore è numericamente simile al calore rilasciato dal sistema più il calore applicato al gas compresso.

Come viene misurata la portata in volume?

Misurazione della portata in aria libera (FAD, Free Air Delivery), formula

La portata volumetrica di un sistema è una misura del volume di fluido che fluisce per unità di tempo. Essa è data dal prodotto dell'area della sezione ortogonale del flusso per la velocità media del medesimo. Nel sistema SI, la portata in volume è espressa in m3/s, ma quando si fa riferimento a quella di un compressore (detta anche capacità) vengono spesso utilizzati come unità anche i litri/secondo (l/s). La capacità viene espressa sotto forma di litri normalizzati/secondo (Nl/s) o di portata in aria libera (l/s). Nel caso delle unità Nl/s, la portata d'aria viene ricondotta mediante un calcolo allo "stato normale", corrispondente convenzionalmente a 1,013 bar(a) e 0 °C. Le unità normalizzate Nl/s vengono utilizzate principalmente quando si specifica una portata in massa.

Nel caso della portata in aria libera (FAD, Free Air Delivery), la portata in uscita dal compressore viene ricondotta mediante un calcolo a un volume di aria libera nelle condizioni standard di ingresso (pressione di ingresso pari a 1 bar(a) e temperatura di ingresso pari a 20 °C). La relazione tra i due valori di portata in volume è data da (si noti che la formula semplificata riportata sopra non tiene conto dell'umidità).

Che cos'è la portata in aria libera?

Portata in aria libera o FAD, Free Air Delivery. Il significato del termine viene chiarito con un esempio. Che cosa significa una FAD = 39 l/s per un compressore che funziona a 13 bar? Quanto tempo impiega il compressore a riempire un serbatoio da 390 l a una pressione di 13 bar? Per eseguire questo calcolo occorre tornare alle condizioni di ingresso, in questo caso 1 bar.

Partendo da un serbatoio vuoto, dopo 1 secondo nel serbatoio sono presenti 39 litri a 1 bar. Dopo 10 secondi la pressione all'interno del recipiente è di 1 bar. Dopo 20 secondi la pressione è di 2 bar, quindi dopo 130 secondi il serbatoio è pieno e a una pressione di 13 bar. Passiamo ora alla differenza fra le condizioni di riferimento e quelle normali. Le condizioni di riferimento sono 1 bar, 20 °C e 0% di umidità relativa (RH), mentre quelle normali sono 1 atm = 1,01325 bar, 0 °C e 0% RH. La definizione successiva riguarda il consumo specifico di energia o SER, Specific Energy Requirement, che indica l'energia necessaria per erogare 1 litro FAD a una certa pressione.

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