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TitleÇengel - Termodinamica E Trasmissione Del Calore
TagsMass Kinetic Energy Thermodynamics International System Of Units Units Of Measurement
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L'editore

Yunus A. çengel

Termodinamica
e trasmissione del calore

edizione italiana
a cura di Ettore Cirillo

McGraw-Hill Libri Italia srl

Milano • New York • St. Louis • San Francisco • Auckland • Bogoté
Caracas • Lisboa • London • Madrid • Mexico City • Montreal
New Delhi • San Juan • Singapore • Sydney • Tokyo • Toronto

Page 2

Titolo originale: lntroduction To Thermodynamics and heat transfer
Copyright© 1997 McGraw-Hill Companies, !ne.

Copyright© 1998 McGraw-Hill Libri Italia srl
Piazza Emilia, 5
20129Milano

I diritti di traduzione, di riproduzione, di memorizzazione elettronica e di adattamento
totale e parziale con qualsiasi mezzo (compresi i microfilm e le copie fotostatiche) sono
riservati per tutti i paesi.

Nomi e marchi citati nel testo sono generalmente depositati o registrati alle rispettive case
produttrici.

McGraw-Hill ~
A Division of1kM<Gmw·HalCcmpania IX>

Editor: Alberto Kratter Thaler
Redazione: Chiara Tartara, Giovanni Malafarina
Produzione: Gino La Rosa
Traduzione: Ubaldo Ayr, Emilia Conte, Ida Fato, Giuseppe Starace, Pietro Stefanizzi
Realizzazione editoriale: Omnibook, Bari
Stampa: Arti Grafiche Stefano Pinelli, Milano

ISBN 88 386 0767-2
1' edizione ottobre 1998
Printed in ltaly
1234567890PINPIN921098

Presentazione dell'edizione italiana
Prefazione

Indice

xi
xm

1 lii I CONCETTI FONDAMENTALI DELLA TERMODINAMICA 1
1.1 La termodinamica e l'energia 2
1.2 Le grandezze fisiche e le unità di misura 4
1.3 I sistemi chiusi e i sistemi aperti 7
1.4 Le forme di energia 8
l.5 Le proprietà di un sistema termodinamico 11
1.6 Lo stato e l'equilibrio 12
1.7 Le trasformazioni e i cicli termodinamici 13
1.8 Il postulato di stato 16
1.9 La pressione 16
1.1 O La temperatura e il principio zero della termodinamica 20
1.11 Sommario 24

2 li LE PROPRIETÀ DELLE SOSTANZE PURE 27
2.1 Le sostanze pure 28
2.2 Le fasi di una sostanza pura 28
2.3 I cambiamenti di fase delle sostanze pure 30
2.4 Diagrammi cli stato per trasformazioni

2.5
2.6
2.7

con cambiamento di fase
La superficie p-v-T
Le tabelle delle proprietà
L'equazione di stato dei gas perfetti

33
39
40
46

Page 177

338

CAPITOLO 10
La conduzione tennica
in regime stazionario

Vetro Vetro

FIGURA 10.36
Schema per l'Esempio 10.7. r_, ___ _,,""',.,,..,._...,,,._-'\NV'""''--4'-~VV\MIV'--.r_,

R =R =-
1-=--1-=0.08333°C/W 1

"""'·' h,A 10x1.2

R = R = R = _!::i_ = 0.004 - 0.00427°C/W
'

3
"'"' ..1.,A 0.78x1.2

R = R =.!i_ = O.Ol - 0.3205°C/W
2

""" ..1. 2A 0.026x1.2

R = R = -
1
- = --

1
- = o.02083°C/W

• '"''"
2 h,A 40x1.2

Osservando che tutte le resistenze sono in serie, la resistenza totale risulta essere:

R"""° = R"""·' + R"""·' + R, .. + R"""·' + R"""·'
= 0.08333 + 0.00427 + 0.3205 + 0.00427 + 0.02083

= 0.4332°C/W

La potenza termica stazionaria trasmessa attraverso la finestra è:

Ò = T., - T. 2 = 20 - (-10) _ 69.2 W
R...,. 0.4332

che corrisponde a circa un quarto del risultato ottenuto nell'esempio precedente.
Questo spiega il largo uso di finestre a doppio e anche a triplo vetro nei climi
freddi. La drastica riduzione della potenza termica trasmessa in questo caso è
dovuta all'elevata resistenza termica dello strato di aria tra i vetri. In realtà, la
resistenza termica dello strato d'aria sarà minore di quella ipotizzata a causa
delle correnti convettive naturali che si hanno nell'intercapedine d'aria.

La temperatura superficiale interna della finestra sarà in questo caso:

T, = T_, -ÒR.,,., .• = 20-(69.2x0.08333) =14.2°C
che risulta considerevolmente più alta di -2.2°c, temperatura ottenuta nell'esem-
pio precedente.

10.5 LE RETI DI RESISTENZE TERMICHE

La resistenza.tennica e lanalogia elettrica possono essere usate anche per
risolvere problemi di scambio termico stazionario relativi a strati in paral-
lelo o a disposizioni combinate serie-parallelo. Sebbene tali problemi sia-
no spesso bi- o anche tridimensionali, si possono ottenere soluzioni ap-
prossimate ipotizzando una trasmissione del calore monodimensionale e
usando i circuiti di resistenza termica. Si consideri la parete composta
mostrata in Figura 10.37, costituita da due strati in parallelo. La rete di
resistenze termiche, costituita da due resistenze in parallelo, può essere
rappresentata come mostrato nella figura. Notando che lo scambio termico
globale è la somma degli scambi termici attraverso ciascuno strato, si ha:

(10.30)

Utilizzando l'analogia elettrica, si ottiene

Q=Ti-T2
R,01ate

(10.31)

1 1 I R 1R 2 dove --=-+-~R at =--- (10.32)
Rlolale R, R2 101 e R, + R2

dal momento che le resistenze sono in parallelo.
Si consideri ora la disposizione combinata serie-parallelo mostrata in

Figura 10.38. La potenza termica totale trasmessa attraverso questo siste-
ma composto può ancora essere espressa con la relazione:

Q=:z;-T_
Rtotale

(10.33)

dove (10.34)

e (10.35)

339

Le reti di resistenze
termkhe

Isolante
I

·'
A,_.

CD ~I
~ r, r, ~

@
A,_.

~

~l•t----L-----...
Q,__,..

r,~r,
R,

Q=Q,+Q,

FIGURA 10.37
Rete di resistenze termiche
per due strati in parallelo.

Page 178

340

CAPITOLO 10
La conduzione termica
in regime stazionario

FIGURA 10.38
Rete di resistenze termiche

per combinazioni serie-parallelo.

Isolante

~L1=Lz~~--I
. Q,__. Q

~ ~
V

Rz

Si noti che, valutate le singole resistenze termiche, la resistenza termica
totale e la potenza termica totale trasmessa si possono facilmente determi-
nare con le precedenti relazioni.

Il risultato ottenuto sarà in qualche misura approssimato, dal momento
che probabilmente le superfici del terzo strato non saranno isoterme e si
avrà scambio termico tra i primi due strati.

Complessi problemi di scambio termico multidimensionali possono
essere trattati come monodimensionali (riferiti esclusivamente, per esem-
pfo, ali' asse x) con le reti di resistenze termiche, se si può ipotizzare che
qualunque piano della parete normale all'asse x sia isotermo (ossia, che la
temperatura vari soltanto lungo l'asse x), e che qualunque piano parallelo
all'asse x sia adiabatico (ossia, che la trasmissione di calore avvenga sol-
tanto nella direzione x). Queste due ipotesi applicate separatamente porta-
no a reti di resistenze termiche differenti e di conseguenza a valori diffe-
renti (anche se non molto) di resistenza termica totale e, quindi, di scambio
termico. Il risultato reale è compreso tra questi due valori. In geometrie in
cui la trasmissione di calore è essenzialmente monodimensionale, entram-
bi gli approcci forniscono risultati soddisfacenti.

ESEMPIO 10.8

Una parete alta 3 m e larga 5 m è costituita da lunghi mattoni orizzontali [A. =
0.72 W/(m · °C)J da 16 cmx 22 cm in sezione trasversale, separati da strati di
malta [A.= 0.22 W/(m · °C)J da 3 cm di spessore. Vi sono anche strati di malta da
2 cm di spessore su ciascuna faccia del mattone e una schiuma rigida [A. =
0.026 W/(m · °C)J da 3 cm di spessore sul lato interno della parete, come mo-
strato in Figura 10.39. Le temperature interna ed esterna sono di 20°c e -10°C
e i coefficienti di scambio termico convettivo sulle superfici interna ed esterna
sono h, = 1 O W/(m" °C) e h

2
= 25 W/(m2 • °C), rispettivamente. Nell'ipotesi che la

trasmissione di calore sia monodimensionale, trascurando la radiazione, si de·
termini la potenza termica trasmessa attraverso la parete.

T
Schiuma

1--x

J, 3 .12.1. 16cm .j.2.1

R, R1 R2
r..,~W--'1#-'il.......if-YN--i--..w-.w; ...

l.5cm

22cm

l.5cm

Soluzione La trasmissione di calore In questo caso è multidimensionale, ma si
può considerare approssimativamente monodimensionale, dal momento che pre-
vale lungo l'asse x. Nella costruzione di questa parete vi è una disposizione che
si ripete ogni 25 cm nella direzione verticale, mentre in quella orizzontale non vi
sono variazioni. Si considera, pertanto, una porzione della parete di larghezza
1 m e altezza 0.25 m, dal momento che essa è rappresentativa dell'intera parete.

Assumendo isoterma ogni sezione trasversale della parete normale all'asse
x, la rete di resistenze termiche per la sezione rappresentativa della parete diven-
ta quella mostrata in Figura 10.39. Le singole resistenze sono:

R -R _ _!__ 1 °C/W
1 - conv,t - h,A - 10x0.25x1 -0.4

R =R . =J:_= 0.03
' -. A.A 0.026x0.25x1 = 4·6·ctw

R = R = R = J:_ = 0.02 - o
2

• mona.1a1""'~ ..tA 0.22x0.25x1 - 0·36 C/W
R -R -R _J:__ 0.16 - o

3 - 5 - .............. - ..tA - 0.22x0.015x1 - 48·48 C/W

R -R _J:__ 0.16 - o
' - """ ... - ..tA - 0.72x0.22x1 - 1·01 C/W

R-R --
1
--

1
- o • - .,..,,. - h,A - 25x0.25x1 - 0· 16 C/W

Poiché al centro le tre resistenze R3, R, e R5 sono in parallelo, la resistenza equi-valente è:

FIGURA 10.39

341

Le reti di resistenze
termiche

Schema per l'Esempio I0.8.

Page 353

FIGURAA.27

Diagramma psicrometrico alla pressione di 101 325 Pa

ASHRAE l>iagramma psicrometrico N. l @.fo.-:
Tempcralura normale if&#~

Pressione barometrica: lOl 325 Pa 11:

© 1992 Amcrican Society of Heating.
Refrigerating and Air-Conditioning Engincers. lnc.

Livello del mare

- I.O- I.O

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