Elementi di calorimetria
Meccanismi di trasmissione del calore Il trasferimento di calore tra sostanze a  temperature diverse coinvolge: T: energia...
 
Meccanismi di conduzione del calore meccanismi principali: conduzione convezione irraggiamento irraggiamento
 
Conduzione Se in un corpo esiste un gradiente di T, si ha flusso di energia termica dalle zone ad alta T (alta E cinetica ...
Conduzione
Proprietà di trasporto del calore di alcuni  materiali a  T = 300 K  e condizioni normali
CONVEZIONE Si ha quando un fluido ( acqua ,  aria… ) entra in contatto con un corpo la cui  T  è maggiore di quella del fl...
Convezione libera il moto del fluido, inizialmente in quiete, dipende  solo da differenze di densità causate da grad. di T.
Convezione forzata Le differenze di densità dovute a grad. di T nel fluido  hanno un effetto trascurabile sul moto. In que...
Convezione La convezione libera permette di trasmettere molto più calore di quella forzata Fase  h  ( Conv.Libera )  h  ( ...
Irraggiamento Un corpo ad una certa temperatura T  può emettere energia per irraggiamento  e scambiare calore senza dover ...
Irraggiamento Scambio di calore tra il corpo  a  T S  e l’ambiente a  T    : <ul><li>Corpo nero </li></ul><ul><li>Corpo n...
Esempio di conducibilità del calore A : spessore  d , due pareti a  T 1   e  T 2 ,  T 1  < T 2 B : due spessori adiacenti,...
Caso A T(x) è una linea retta tra (x 1  ,T 1 ) e (x 2  ,T 2 ) e:  Resistenza di calore  (W -1   K ) (Analogia con legge d...
Caso B
Resistenza calorica: convezione Il flusso di calore da una superficie con  temperatura  T S   ad un fluido con  T 
R  per una parete composta da 2 strati paralleli: Dove  h 1  e  h 2  riassumono le perdite o i  guadagni dovuti a convezio...
Resistenza calorica: irraggiamento
EQUAZIONE DI DIFFUSIONE DEL CALORE Aumento del  contenuto  di calore Flusso netto  entrante per conduzione, q’’ = k gradT ...
Diffusione del calore Dall’eq. del calore si può dedurre come  fluttuazioni (annuali o giornaliere) di T  penetrino una pa...
 
Temperatura di equilibrio al contatto T 1 T 2 > t=0
 
LA TERMODINAMICA permette di determinare la quantità di calore scambiato MA NON LA DURATA DEL FENOMENO. Esempio Thermos co...
Scambio di calore nelle alette
Confort termico Il comfort termico di un essere umano è risaputo non dipendere esclusivamente dalla temperatura dell’aria,...
Confort termico Il corpo umano ha una temperatura interna approssimativamente costante di 37°C e non è influenzata da, sep...
Metabolismo umano La produzione di calore interna del corpo umano è costante ed è dovuta al metabolismo che converte in ca...
Metabolismo umano Gli ambienti freddi inducono, per azione cerebrale, a delle contrazioni muscolari che iniziano il proces...
Equilibrio termico S   M   W   R   C   K  − E  − RES dove: S =  immagazzinamento di calore(W/m2) M =  metabolism...
Energia del metabolismo
Il lavoro esterno può essere positivo o negativo. Se una persona pedala su una bicicletta da camera molto frenata,deve usa...
L’uomo è tuttavia una macchina poco efficiente con un rendimento minore del 20%. Se per esempio si aumenta il freno della ...
Perdita per evaporazione
Perdita per traspirazione
Peridta per respirazione
Conduzione attraverso i vestiti
Esempi di conduzione dei vestiti
irraggiamento
Convezione
 
Scala del confort termico
Gli indici PMV e PPD
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Fse 02 - calorimetria

  1. 1. Elementi di calorimetria
  2. 2. Meccanismi di trasmissione del calore Il trasferimento di calore tra sostanze a temperature diverse coinvolge: T: energia termica disponibile (energia cinetica) Q: densità di flusso di energia termica
  3. 4. Meccanismi di conduzione del calore meccanismi principali: conduzione convezione irraggiamento irraggiamento
  4. 6. Conduzione Se in un corpo esiste un gradiente di T, si ha flusso di energia termica dalle zone ad alta T (alta E cinetica ) a quelle a bassa T (bassa E cinetica ). La densità di flusso di energia termica sarà (Equaz. di Fourier):
  5. 7. Conduzione
  6. 8. Proprietà di trasporto del calore di alcuni materiali a T = 300 K e condizioni normali
  7. 9. CONVEZIONE Si ha quando un fluido ( acqua , aria… ) entra in contatto con un corpo la cui T è maggiore di quella del fluido stesso. Le particelle di fluido all’interfaccia scambiano calore con il corpo attraverso il trasferimento di E cinetica e si ha:
  8. 10. Convezione libera il moto del fluido, inizialmente in quiete, dipende solo da differenze di densità causate da grad. di T.
  9. 11. Convezione forzata Le differenze di densità dovute a grad. di T nel fluido hanno un effetto trascurabile sul moto. In questo caso il moto è dovuto a cause esterne (ventilatori, pompe).
  10. 12. Convezione La convezione libera permette di trasmettere molto più calore di quella forzata Fase h ( Conv.Libera ) h ( Conv.Forzata ) Gas 2-25 25-250 Liquidi 50-1000 50-20000
  11. 13. Irraggiamento Un corpo ad una certa temperatura T può emettere energia per irraggiamento e scambiare calore senza dover essere a contatto con un altro corpo, anche in presenza di vuoto.
  12. 14. Irraggiamento Scambio di calore tra il corpo a T S e l’ambiente a T  : <ul><li>Corpo nero </li></ul><ul><li>Corpo non nero A </li></ul><ul><li>Corpo non nero B </li></ul>
  13. 15. Esempio di conducibilità del calore A : spessore d , due pareti a T 1 e T 2 , T 1 < T 2 B : due spessori adiacenti, T 1 < T 2 < T 3 A B d
  14. 16. Caso A T(x) è una linea retta tra (x 1 ,T 1 ) e (x 2 ,T 2 ) e: Resistenza di calore (W -1  K ) (Analogia con legge di Ohm)
  15. 17. Caso B
  16. 18. Resistenza calorica: convezione Il flusso di calore da una superficie con temperatura T S ad un fluido con T 
  17. 19. R per una parete composta da 2 strati paralleli: Dove h 1 e h 2 riassumono le perdite o i guadagni dovuti a convezione o irraggiamento sui due lati
  18. 20. Resistenza calorica: irraggiamento
  19. 21. EQUAZIONE DI DIFFUSIONE DEL CALORE Aumento del contenuto di calore Flusso netto entrante per conduzione, q’’ = k gradT Produzione interna di calore
  20. 22. Diffusione del calore Dall’eq. del calore si può dedurre come fluttuazioni (annuali o giornaliere) di T penetrino una parete di estensione “infinita”
  21. 24. Temperatura di equilibrio al contatto T 1 T 2 > t=0
  22. 26. LA TERMODINAMICA permette di determinare la quantità di calore scambiato MA NON LA DURATA DEL FENOMENO. Esempio Thermos con caffè inizialmente a 90°C: in quanto tempo la temperatura raggiunge 80°C?
  23. 27. Scambio di calore nelle alette
  24. 28. Confort termico Il comfort termico di un essere umano è risaputo non dipendere esclusivamente dalla temperatura dell’aria, ma anche da altri cinque parametri che sono: 􀂃 la temperatura media radiante; 􀂃 la velocità relativa dell’aria; 􀂃 l’umidità relativa dell’aria; 􀂃 l’attività fisica svolta all’interno del locale; 􀂃 la resistenza termica dei vestiti indossati.
  25. 29. Confort termico Il corpo umano ha una temperatura interna approssimativamente costante di 37°C e non è influenzata da, seppur grandi, variazioni della temperatura ambientale. La temperatura interna del corpo può essere mantenuta costante solo se esiste un equilibrio tra il calore generato internamente e quello assorbito dall’ambiente circostante. Nei mammiferi a sangue caldo, l’equilibrio termico è mantenuto essenzialmente da un organo chiamato IPOTALAMO, che è fisicamente comparabile ad un termostato.
  26. 30. Metabolismo umano La produzione di calore interna del corpo umano è costante ed è dovuta al metabolismo che converte in calore l’energia chimica. Questa produzione - chiamato metabolismo basale - è dell’ordine di 1 W/kg di peso corporeo per soggetti a riposo in determinate condizioni (a digiuno da 8 ore e sdraiati a riposo in un ambiente con temperatura neutra).
  27. 31. Metabolismo umano Gli ambienti freddi inducono, per azione cerebrale, a delle contrazioni muscolari che iniziano il processo metabolico e aumentano la produzione di calore. Nei medesimi ambienti freddi le tensioni muscolari generano tremori in grado di aumentare fino a tre volte la produzione di calore del metabolismo basale. La più grande produzione di calore si ha tuttavia con il lavoro muscolare, che può aumentare fino a 10 volte la produzione di calore del metabolismo di base. Il trasporto di calore dall’interno fino alla superficie cutanea è effettuato attraverso i tessuti e la circolazione sanguigna.
  28. 32. Equilibrio termico S  M  W  R  C  K − E − RES dove: S = immagazzinamento di calore(W/m2) M = metabolismo W = lavoro esterno R = scambio termico per radiazione C = scambio termico per convezione K = scambio termico per conduzione E = flusso termico per evaporazione cutanea (W/m2) RES= scambio termico per respirazione
  29. 33. Energia del metabolismo
  30. 34. Il lavoro esterno può essere positivo o negativo. Se una persona pedala su una bicicletta da camera molto frenata,deve usare molta energia per mantenere costante la velocità e questa energia è divisa in due parti: 􀂃 la prima parte è la quantità necessaria a vincere la resistenza del freno, e noi la indicheremo con W. Questa potenza in questo caso è positiva; 􀂃 la seconda parte è, invece, rappresentata dalla produzione interna di calore del corpo necessaria allo stesso per generare un lavoro esterno uguale a W. Quest’ultima è utilizzata per pompare più sangue in circolo ed aumentare la respirazione.
  31. 35. L’uomo è tuttavia una macchina poco efficiente con un rendimento minore del 20%. Se per esempio si aumenta il freno della bicicletta, per avere un corrispondente aumento di 10 W/m2 di W, il metabolismo aumenterà di 50 W/m2. La differenza di 40 W/m2 deve normalmente essere dissipata con un aumento della temperatura interna del corpo. Se si scende a piedi una collina e ci si trova in condizioni di dover frenare per non acquistare velocità eccessiva, parte dell’energia potenziale verrà trasformata in calore nei muscoli. Il lavoro esterno in questo caso è negativo.
  32. 36. Perdita per evaporazione
  33. 37. Perdita per traspirazione
  34. 38. Peridta per respirazione
  35. 39. Conduzione attraverso i vestiti
  36. 40. Esempi di conduzione dei vestiti
  37. 41. irraggiamento
  38. 42. Convezione
  39. 44. Scala del confort termico
  40. 45. Gli indici PMV e PPD
  41. 46. Calcolo del PVM

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