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Energia Alternativa ed Energia Fai Da Te > Software Solare, Termico, Eolico, Meccanico... e Dati

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Concentratore solare parabolico, Dimensionamento
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Libero51

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Inviato il: 19/2/2010,03:23

L'idea di costruire un concentratore parabolico non è nuova.
Nei miei tentativi teorici e pratici le difficoltà di ottenere prestazioni ragionevoli da un motore stirling autocostruito sono principalmente dovute alla scarsa efficienza degli scambiatori ed alla temperatura di funzionamento non troppo elevata compatibile con la mia semplice tecnologia "fai da te".
Il percorso di ricerca mi ha portato a valutare la possibilità di costruire in alternativa un piccolo motore a vapore a ciclo chiuso alimentato da un concentratore solare.
Il programmino che vi propongo consente di dimensionare il profilo dello specchio parabolico.
Un primo minuscolo passo in quella direzione.

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1266545942.jpg

e questo è il sito dove troverate altri miei lavori :

http://digilander.libero.it/Libero_51

Saluti faccine/sick.gif

In allegato l'ultimo eseguibile del SW


Scarica allegato

Concentratore_solare.rar
( Numero download: 413 )

 

dudu loris
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Inviato il: 19/2/2010,17:32

Bella idea Libero, chissà un giorno avremo una energia LIBERA faccine/laugh.gif
volevo sapere se oltre agli specchi avevi pensato di aggiungerci anche una lente fresnel o no?
comunque a me il link non si apre faccine/mad.gif

 

NonSoloBolleDiAcqua

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Inviato il: 19/2/2010,18:03

CITAZIONE (Libero51 @ 19/2/2010, 03:23)

faccine/clap.gif
Complimenti!
Ciao
Bolle



---------------
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Libero51

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Inviato il: 20/2/2010,08:07

CITAZIONE (dudu loris @ 19/2/2010, 17:32)
. . . chissà un giorno avremo una energia LIBERA faccine/laugh.gif
. . . avevi pensato di aggiungerci anche una lente fresnel o no?

Ciao dudu loris ,inquinamento ambientale a parte, la condizione di usare ENERGIA LIBERA penso dovrebbe venir limitata dal concetto di reciprocità. . . limitata o contrastata ?
Limitata da Leggi Regolamenti e Diplomazia ? . . . Contrastata militarmente ?
Il caso dell'arricchimento dell'uranio in IRAN mi fa riflettere . . . .
L'Energia non è di per se una cosa buona o cattiva , dipende da come viene usata . . . .
Vulcani, terremoti, uragani, bombe termonucleari . . . piede pesante sull'accelleratore . . .

Veniamo a noi , non mi sembra possibile usare il concentratore a specchi e la lente di fresnel contemporaneamente sullo stessa sezione di irraggiamento.
Ciao . . . faccine/sick.gif
P.S. fammi sapere se il programma gira (per predisporre un eventuale SETUP)

 

dudu loris
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Inviato il: 20/2/2010,20:05

Libero il programma gira gira, sono io che sto FERMO. solo che non ho capito bene
a parte il numero di specchi. Potresti spiegare gli altri dati
grazie.
dudu

 

Libero51

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Inviato il: 21/2/2010,00:44

CITAZIONE (dudu loris @ 20/2/2010, 20:05)
. . . a parte il numero di specchi. Potresti spiegare gli altri dati

Si tratta di un concentratore parbolico lineare a specchi piani con un tubo (caldaia) posizionato nel fuoco.
Il disegno rappresenta la sezione del concentratore.
Variando Scala è possibile ingrandire o rimpicciolire il disegno
Variando Fuoco si cambia la distanza (verticale) tra lo specchio centrale e l'asse del tubo.
Variando Specchio si cambia la larghezza dello specchio.
La larghezza degli specchi è uguale al diametro del tubo.
La lunghezza del tubo e degli specchi è uguale e arbitraria .
Lo specchio centrale non serve perchè in ombra del tubo.
La tabellina indica le coordinate dei punti di giunzione degli specchi per poter costruire il telaio che nel prototipo potrebbe ospitare anche solo un foglio di compensato rivestito di pellicola di alluminio da cucina.
Un simile (piccolo. . . 2m x 2m ) concentratore necessita di un inseguitore solare ; un sistema di orientamento automatico alla posizione del sole in funzione della latitudine , della data e dell'ora locale.
Sto "giocando" con il programma inseguitore che potrebbe essere utile per costruire la centralina che pilota i due servomotori.
Il dimensionamento grossolano del progetto finale penso debba prevedere almeno 4 metri quadrati.
Considerando una potenza di un paio di KW sul tubo ed una conversione termodinamica ed elettrica del 20% si potrebbe immaginae una potenza elettrica resa di 300 o 400 Watt ?
Probabilmente troppo ottimista , mi chiedo se ne vale la pena.

Saluti faccine/sick.gif

P.S. il paragone con 300 o 400 Watt di fotovoltaico è utile e necessario. . .
Idee e opzioni : parecchie

www.gses.it/pub/108-116CONCENTRAZIONE.pdf
www.shap.it/prodotti/concentratori_lineari_parabolici.htm
http://www.etstudio.it/mostrasezione.asp?i...olari&stampa=on
www.decrescitafelice.it/?p=33

Speranze del "fai da te" : . . . dipendono sopratutto da quanto potremmo essere bravi a trovare i numerosi compromessi tra efficienza e semplificazione.






Modificato da Libero51 - 21/2/2010, 07:46
 

NonSoloBolleDiAcqua

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Inviato il: 21/2/2010,10:40

CITAZIONE (Libero51 @ 21/2/2010, 00:44)
Sto "giocando" con il programma inseguitore che potrebbe essere utile per costruire la centralina che pilota i due servomotori.

Se ti interessa ho gli algoritmi della nasa che a seconda della posizione geografica ed ora ( precisa al secondo) in grado di tirare fuori elevazione ed azimuth del sole oltre ai valori di Radiazione Diretta, Diffusa e Globale per superficie in mq. Gli algoritmi sono scritti in C ma dovrei averli già interfacciati in vb mediante una funzione.
Ciao
Bolle

Esempio di log:

CALCOLO DEL ->(12.46000,41.88000) DATE: 2010.02.21, TIME 10:34:00 DayNumber 52

AlbaTramonto-7:02-17:45
TIME-10:34
retval=0,amass=1.889409,ampress=1.876352
azim=147.760895,cosinc=0.886077,elevref=31.866957
etr=738.230591,etrn=1398.300049,etrtilt=1239.001953,erv=1.022897
prime=1.096013,sbcf=1.126781,
unprime=0.912398,zenref=58.133041




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helios23
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Inviato il: 25/2/2010,08:08

Salve a tutti.
Qualche anno fa ho realizzato un prototipo di concentratore solare lineare.
Si trattava di un impianto dimostrativo, realizzato solo per valutare l'effettiva efficienza del sistema.
Lo specchio è stato realizzato con lamiera in acciaio inox lucidata a specchio e la struttura era un insieme di elementi tagliati al laser, da lamiera di acciaio da 3 mm. Dimensioni : Lunghezza 2000 mm per 1000mm di sviluppo della specchio, in totale una superficie utile di poco meno di 2 mq.
Il primo collettore usato era un tubo Heatpipe in vetro, che ha resistito 5 secondi prima di esplodere (non avevo calcolato la dilatazione).
Poi ho optato per un tubo in rame nero che conteneva un altro tubo coassiale. Un'estremita' era chiusa, mentre l'altra ospitava i connettori di ingresso e uscita.
Questi erano collegati tramite un circolatore ad un boiler da 80 litri dotato di strumentazione per il monitoraggio delle temperature, nel dettaglio un sistema di acquisizione digitale (datalogger e notebook).
Il tutto era montato su una struttura a due assi di libertà dotata di inseguitore solare a comando elettrico.
Il rendimento era molto incoraggiante, così la fase successiva (attuale) sarà quella di realizzare un collettore parabolico per aumentare la temperatura e l'efficienza. Sto disegnando un collettore solare da 15 mq in configurazione offset, realizzato in elementi modulari in materiali compositi facilmente assemblabili. La prima fase è quella di realizzare lo stampo formatore positivo da cui ricavare lo stampo femmina necessario alla laminazione degli elementi finiti. In questo modo ci sarebbero delle notevoli semplificazioni e riduzioni dei costi per la costruzione in serie.

Per il momento termino qui.

Cordiali saluti

Eugenio

 

NonSoloBolleDiAcqua

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Inviato il: 25/2/2010,12:01

[QUOTE=NonSoloBolleDiAcqua,21/2/2010, 10:40]

CITAZIONE (Libero51 @ 21/2/2010, 00:44)
Sto "giocando" con il programma inseguitore che potrebbe essere utile per costruire la centralina che pilota i due servomotori.

Dimenticavo che il sw presente visualizza le info necessarie per il calcolo esatto sulla posizione del sole...gli algoritmi sono quelli di cui parlavo sopra.
Ciao
Bolle



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Libero51

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Inviato il: 26/2/2010,08:52

CITAZIONE (helios23 @ 25/2/2010, 08:08)
. . . Qualche anno fa ho realizzato un prototipo di concentratore solare lineare.
Si trattava di un impianto dimostrativo, realizzato solo per valutare l'effettiva efficienza del sistema.
Lo specchio è stato realizzato con lamiera in acciaio inox lucidata a specchio e la struttura era un insieme di elementi tagliati al laser, da lamiera di acciaio da 3 mm. Dimensioni : Lunghezza 2000 mm per 1000mm di sviluppo della specchio, in totale una superficie utile di poco meno di 2 mq.

. . . Il rendimento era molto incoraggiante, così la fase successiva (attuale) sarà quella di realizzare un collettore parabolico per aumentare la temperatura e l'efficienza. Sto disegnando un collettore solare da 15 mq in configurazione offset, realizzato in elementi modulari in materiali compositi facilmente assemblabili. La prima fase è quella di realizzare lo stampo formatore positivo da cui ricavare lo stampo femmina necessario alla laminazione degli elementi finiti. In questo modo ci sarebbero delle notevoli semplificazioni e riduzioni dei costi per la costruzione in serie.

Ciao helios23 . . . complimenti . Stai già pensando ad una costruzione di serie e questo mi lascia immaginare che il tuo prototipo ti abbia particolarmente convinto.
Hai usato una tecnologia che non mi posso permettere ma mi posso accontentare di sagomare scatolati con taglio e saldatrice. Come si comporta con il tempo la lamiera di inox lucidata ?
Potrei rivettare la lamiera su un graticcio sagomato di scatolati leggeri.

Il problema principale rimane quello del dimensionamento riferito al risultato che ci si propone di ottenere. Mi chiedo se un concentratore lineare di circa 6 x 1 metri orientato a sud e motorizzato solo sul suo asse principale possa fornire vapore per produrre quel mezzo kW che mi sono posto come obiettivo.

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1267170542.jpg

In questa fase di approccio al problema, la precisione e l'esattezza dei calcoli di irraggiamento e di posizionamento del sole incidono poco rispetto a una catena di rendimenti che dimezzano progressivamente il risultato finale.

Banalmente il problema diventa quello di stabilire se tagliare o allungare le barre di profilato commerciale da sei metri . Il dimensionamento della struttura incide fortemente sui costi e quindi considero molto saggio ed interessante il tuo prototipo.
In quanto tempo , a pressione atmosferica ed in condizione di insolazione media , si vaporizza completamente un litro d'acqua a 20°C ?
La risposta a questa semplice domanda è invece . . . fondamentale.

Ciao . . . faccine/sick.gif



 

helios23
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Inviato il: 26/2/2010,09:53

CITAZIONE (Libero51 @ 26/2/2010, 08:52)
Ciao helios23 . . . complimenti . Stai già pensando ad una costruzione di serie e questo mi lascia immaginare che il tuo prototipo ti abbia particolarmente convinto. Hai usato una tecnologia che non mi posso permettere ma mi posso accontentare di sagomare scatolati con taglio e saldatrice. Come si comporta con il tempo la lamiera di inox lucidata ? Potrei rivettare la lamiera su un graticcio sagomato di scatolati leggeri.
Il problema principale rimane quello del dimensionamento riferito al risultato che ci si propone di ottenere. Mi chiedo se un concentratore lineare di circa 6 x 1 metri orientato a sud e motorizzato solo sul suo asse principale possa fornire vapore per produrre quel mezzo kW che mi sono posto come obiettivo.
In questa fase di approccio al problema, la precisione e l'esattezza dei calcoli di irraggiamento e di posizionamento del sole incidono poco rispetto a una catena di rendimenti che dimezzano progressivamente il risultato finale.
Banalmente il problema diventa quello di stabilire se tagliare o allungare le barre di profilato commerciale da sei metri . Il dimensionamento della struttura incide fortemente sui costi e quindi considero molto saggio ed interessante il tuo prototipo.
In quanto tempo , a pressione atmosferica ed in condizione di insolazione media , si vaporizza completamente un litro d'acqua a 20°C ?
La risposta a questa semplice domanda è invece . . . fondamentale.

L'unico problema riscontrato con lo specchio inox era (prevedibilmente) quello della pulizia. Ancora oggi, dopo un'accurata pulizia la lamiera è perfettamente intatta senza ossidazioni, ruggine o altro. La superficie è rimasta lucida ed efficiente. La pioggia "sporca" tipica dei temporali estivi deposita un sottile strato di fanghiglia che deve essere rimossa con l'idropulitrice o una spugna insaponata.

Dalle mie (modeste) esperienze ho però concluso che il sistema lineare non è sufficientemente concentrato per ottenere alte temperature, a meno di impianti di grande superfice. Per questo sto studiando un sistema a concentratore puntiforme, che potrebbe produrre senza difficoltà del vapore ad alta pressione o alimentare uno stirling (di cui parlerò in altra sede).
Tieni conto che non basta "vaporizzare" l'acqua per ottenere energia utile, ma devi soprattutto aumentare la sua temperatura e di conseguenza la pressione, direi ad un minimo di 300/400 gradi.
Il sistema lineare da 6 metri quadri non può farcela, a meno che di ottenere una produzione troppo esigua e perciò non sfruttabile meccanicamente
Però sicuramente lo puoi impiegare per il riscaldamento dell'acqua sanitaria e/o termoconvettori.

Il motivo principale è che a meno di usare uno specchio di qualità ottica eccezionale, non riesci a concentrare il fuoco in un'area utile molto piccola.
Usando uno specchio in lamiera inox con apertura 1000 mm, realisticamente il fuoco è distribuito su 20 o 30 mm, ovvero una concentrazione di 50/33 volte, troppo poco per un'adeguato sfruttamento.
Nel sistema puntiforme con le stesse caratteristiche la concentrazione può arrivare senza troppi problemi a 350/400 volte.
In particolare, nel sistema in fase di studio, la parabola di 15 mq concentra la radiazione solare in un collettore di soli 20x20 cm, con una concentrazione di 375 volte.
Se la cosa interessa posso fornire altri dettagli.

Saluti

Eugenio



PS: Dimenticavo: il mio prototipo di paraboloide lineare era montato verticalmente, in questo modo mi sono accorto che per l'inseguimento era sufficiente il solo asse verticale, almeno per i primi test. Questo perchè dando un'inclinazione approssimata allo specchio bastava farlo girare sull'asse verticale per centrare il sole sul fuoco. E' probabile che con una montatura equatoriale sia possibile motorizzare un solo asse per ottenere un buon rendimento.




Modificato da helios23 - 26/2/2010, 12:50
 

Libero51

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Inviato il: 27/2/2010,07:26

CITAZIONE (helios23 @ 26/2/2010, 09:53)
. . . L'unico problema riscontrato con lo specchio inox era (prevedibilmente) quello della pulizia.
. . . Tieni conto che non basta "vaporizzare" l'acqua per ottenere energia utile, ma devi soprattutto aumentare la sua temperatura e di conseguenza la pressione, direi ad un minimo di 300/400 gradi.
. . . E' probabile che con una montatura equatoriale sia possibile motorizzare un solo asse per ottenere un buon rendimento.

Ciao helios23 , chissà . . . i nostri pronipoti passeranno un bel pò dl loro tempo a lucidare specchi ?. . . faccine/biggrin.gif

Dal lucido al . . . carbone . . . Ero molto piccolo quando mio padre guidava la 691 . . .

http://it.wikipedia.org/wiki/Locomotiva_Gruppo_691

"L'aumento di potenza ulteriore veniva ottenuto, per mezzo del surriscaldatore Schmidt a tubi piccoli che presentava una superficie totale di surriscaldamento di 112 metri quadrati, e con l'elevazione della pressione in caldaia dai 12 bar della prima serie di 690 a 16 bar."

La relazione tra Temperatura e pressione di vapor d'acqua è riportata nella piccola serie :

Temperatura [°C]/Presione [bar] :
100/0, 120/1, 134/2, 144/3, 152/4, 159/5, 165/6, 171/7, 175/8, 180/9, 184/10, 188/11, 192/12, 195/13, 198/14, 201/15, 204/16

In un pannello solare tradizionale l'acqua raggiunge abbastanza facilmente l'ebollizione se non viene copportunamente raffreddata.

www.decrescitafelice.it/?p=33

"ll sistema solarnova prevede la trasformazione del parasole in un elemento capace di concentrare la radiazione solare su una caldaia lineare.
Il concentratore che opera a 25 soli, è realizzato da 25 strisce di specchi piani larghi 5 cm sistemati in modo da operare come una sorta di veneziana i cui elementi sono orientati in modo opportuno da un sistema di puntamento. La caldaia riscalda olio diatermico a circa 220° ."


Direi che la pressione e la temperatura di esercizio per un motorino a vapore si possono ragionevolmente raggiungere dimensionando la superficie , più che aumentando la concentrazione.
Rimane il problema di prevedere quanta superficie complessiva necessità per raggiungere i . . . 500 Watt elettrici che mi sono prefissato come obiettivo , per ora sul piano teorico e progettuale.

Guardando i progetti di solare termodinamico mi sembrano più frequenti i riflettori lineari rispetto a quelli "puntiformi".

Ciao . . . a presto 23° amico del sole . . . faccine/sick.gif

P.S. Sicuramente se vuoi utilizzare un motore stirling , molte applicazioni usano il fuoco del concentratore "puntiforme" ; ma è un progetto completamente fuori dalla portata di un ragionevole "fai da te".

 

helios23
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Inviato il: 27/2/2010,12:26

CITAZIONE (Libero51 @ 27/2/2010, 07:26)
P.S. Sicuramente se vuoi utilizzare un motore stirling , molte applicazioni usano il fuoco del concentratore "puntiforme" ; ma è un progetto completamente fuori dalla portata di un ragionevole "fai da te".

Si, lo so. Ma le cose facili non mi appassionano faccine/wink.gif
Comunque dispongo di un certo know-how e attrezzature che mi permettono di attuare progetti piuttosto ambiziosi, (come gia' detto, faccio ricerca e sviluppo nella propulsione aerospaziale).
Nello scorso intervento ne ho solo accennato, ma sto realizzando anche un prototipo di motore stirling tipo gamma ad un pistone motore e un dislocatore.
Il fluido di lavoro per il momento è l'aria ma è suscettibile di modifiche per la pressurizzazione con elio fino a 5 bar.
Il passo successivo sarà un motore bicilindrico con cilindrata complessiva di 600 cc, con due dislocatori, sempre pressurizzato ad elio.
Il problema a cui sto lavorando è il miglioramento nello scambio termico del fluido di lavoro e l'isolamento dei segmenti caldo/freddo del cilindro dislocatore.
Per questo scopo sto provando l'uso di ceramiche ed altri materiali esotici.
Avrei anche delle foto da mostrarvi ma non so se sul sito è possibile farlo. Eventualmente le carico sul mio sito e pubblico il link.

Cordiali saluti

Eugenio

Ps: se il topic non è coerente con questa sezione, spostalo pure altrove.




 

Libero51

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Inviato il: 3/3/2010,09:55

Sto continuando a pensarci su ed ho incominciato a far di conto.
Nessuna pretesa di precisione , ma una valutazione semplificata , rapida per capire . .
e . . . spero di non aver fatto errori faccine/sick.gif

Primo problema

Quanta energia è necessario fornire ad un grammo di acqua per innalzare la sua
temperatura da 80°C a 160°C e vaporizzarla completamente ?

Per innalzare la temperatura da 80°C a 160°C occorrono 160-80 = 80 cal (difinizione di caloria)
Per vaporizzare un grammo di acqua occorrono : 540 cal (calore latente di vaporizzazione)
Totale energia : 80 + 540 = 620 cal : 620 * 4,186 = 2595 J

Secondo Problema :

Quanto volume di vapore produce un grammo di acqua portato a 160 °C

Sviluppo :

dall’equazione di stato dei gas perfetti si ha che : pv =nRT : v = nRT/p
dove R vale : R= 0.082 (dm3 x atm)/(moli x °K)
siccome un kg di acqua equivale a 18 moli
un g di acqua equivale a : 1000/18 = 0.055 moli

a 160 °C (433°K) ed alla pressione di 5 atm tale volume vale :

v = 0.055 x 0.082 x 433 /5 = 0.39 litri

Verificando il dato sulla tabella di Mollier alla temperatura di 150°C si ottiene
Un volume molare di 7 litri che diviso per 0.055 comporta una pressione di 4.7 atm ed un volume di 0.38 litri.

faccine/gohan.gif Che ci farà con un grammo di acqua ?

. . . un grammo al secondo sono 3,6 litri ogni ora
ed una potenza calorica di circa 2600 J/s , 2600 Watt per un'ora : 2,6 kWh

Come convertirà un motore a vapore tale energia ?

Saluti faccine/sick.gif





 

Libero51

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Inviato il: 6/3/2010,10:35

CITAZIONE (Libero51 @ 3/3/2010, 09:55)
. . . spero di non aver fatto errori faccine/sick.gif

Il comportamento della coesistenza tra l’acqua allo stato liquido ed il suo vapore sono alla base della progettazione della turbina a vapore , la macchina fondamentale usata per produrre l’energia meccanica necessaria per far funzionare gli alternatori.
L’energia elettrica che consumiamo è prodotta principalmente da centrali termoelettriche e termonucleari che insieme alle poche centrali termodinamiche solari producono il calore necessario per produrre . . . vapore .
Mi sono affacciato un po’ troppo ingenuamente a tale argomento complesso , difficile ed affascinante e mi sono reso conto che le mie conoscenze iniziali non erano sufficienti.
In fondo l’idea è quella di tentare la costruzione di un motorino a vapore alimentato da un concentratore solare , ma il dimensionamento . . . è tutto un altro paio di maniche.

Vi metterò al corrente del mio percorso e dei miei progressi . . . presunti.

Come prima cosa mi sono accorto che quel 540 cal necessario a vaporizzare un grammo di acqua
si riferisce alla pressione atmosferica ed a 100 °C e . . . non è costante.

Nella tabella che allego vengono riportati i dati che per ora mi sembrano utili
Tale tabella è estratta da :
http://ditec.unige.it/users/mfossa/documents/TABELLE_fta.pdf

considerando che r è il calore latente di vaporizzazione :

in tale tabella il valore di r del vapore saturo a 100°C vale : 2257 J/g
2257 J/g / 4,187 J/cal = 539 cal . . . ( ecco trovato il 540 )

in tale tabella il valore di r del vapore saturo a 160°C vale : 2081 J/g
2081 J/g / 4,187 J/cal = 497 cal

La differenza non è grande ma quella tabella ci introduce al concetto di Entalpia che viene generalmente indicata con la lettera h e che ci servirà . . .

http://pcfarina.eng.unipr.it/dispense01/ma...ovani131115.htm

Il calcoletto dell’intervento precedente va quindi modificato :

Q = 80 + 497 = 577 cal ; 577 x 4,187 = 2416 J

Saluti faccine/sick.gif

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1267868009.jpg

 
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