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Di seguito vengono raccolti alcuni esempi di domande a risposta multipla. Alcune di esse sono riferite a dati relativi ad alcuni anni fa non più reperibili sulle dispense attualmente disponibili. Ai fini del tema d’esame, ogni risposta corretta vale 1 punto, mentre le risposte sbagliate vengono penalizzate con – 0,5 punti. 1 – Quale di questi ipotetici combustibili può avere nei fumi anidri la maggior concentrazione di CO2? C2H6 CH4 C4H10 C3H8 2 – Supposto l’andamento lineare tra rischio e dose l’italiano medio ogni anno che rischio ha? 2,5*10-6 2,5*10-5 2,5*10-4 2,5*10-3 3 – Supposto che inizialmente il costo dell’energia prodotta da una centrale nucleare e da una centrale a ciclo combinato sia uguale, se l’incidenza del costo del gas sull’energia prodotta dal ciclo combinato è pari al 80%, a parità di tutto il resto se il costo del gas naturale aumenta del 20%, di quanto aumenta il costo dell’energia prodotta da questo rispetto al nucleare?

4% 8% 16% 20% 4 – Se 100 centrali nucleari da 1000 MW riescono ad aumentare il loro fattore di carico da 6500 a 7500 h/a riducendo il funzionamento di centrali a carbone che emettono 0,8 tCO2/MWh, di quanto si riduce l’emissione di CO2 ?

8*105 8*106 8*107 8*108 5 – Uno stack di celle a combustibile in serie ha una potenza di 49 kW; sapendo che ogni cella ha un’area attiva di 500 cm2, che eroga una tensione di 0,7 V e una densità di corrente di 1 A/cm2, il numero di celle a combustibile necessarie è:

14 140 70 700 6 – L’exergia fisica specifica dell’acqua, intesa come liquido perfetto, a P = 30 bar e T = 150°C (supponendo Ta = 280 K), vale: 118 kJ/kg 1180 J/kg 18 MJ/kg 1180 J/g 7 – In condizioni reversibili, nell’ipotesi che l’ambiente di riferimento abbia una temperatura pari a 10°C, la temperatura a cui dovrebbe trovarsi la sorgente calda di un ciclo motore che, prelevando una quantità di calore Q, produce il lavoro necessario all’estrazione di un identico quantitativo di calore Q da una sorgente a –100°C, è pari a: 50°C 552 K 504°C 1100 K

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8 – Il massimo lavoro ricavabile da 10 mol di etano, nell’ipotesi che i reagenti e i prodotti della combustione siano tutti singolarmente alla temperatura e alla pressione dell’ambiente di riferimento, vale:

14279 kJ 15599 kJ 14675 kJ 14939 kJ 9 – Si consideri una combustione di propano. A parità di eccesso d’aria, nel caso di combustione completa, rispetto al caso di combustione non completa, la frazione molare anidra di ossigeno è: maggiore minore uguale non si può dire con i dati disponibili 10 – Si consideri uno scambiatore di calore posizionato al di sotto della temperatura dell’ambiente di riferimento. Il flusso exergetico è orientato:

a) dal fluido caldo al fluido freddo b) dal fluido freddo al fluido caldo c) uscente dallo scambiatore di calore verso l’ambiente esterno d) entrante nello scambiatore di calore dall’ambiente esterno

11 – L’exergia fisica molare di un gas perfetto biatomico a P = 7 bar e T = 250°C (supponendo Ta = 280 K) vale:

650 kJ/kmol 2800 J/kmol 6510 J/mol 6500 kJ/mol 12 – Si consideri un impianto di cogenerazione. Il rendimento exergetico, calcolato per il solo ciclo termodinamico, rispetto al rendimento exergetico calcolato per l’intero impianto a partire dal combustibile è:

maggiore minore uguale non si può dire con i dati disponibili 13 – Sia dato un ciclo motore A che opera tra due serbatoi termici a 500°C e a 30°C, con rendimento di primo principio pari a 42%, e un ciclo motore B che opera tra due serbatoi termici a 130°C e a 30°C, con rendimento di primo principio pari a 18%. Se la temperatura dell’ambiente di riferimento è pari a 30°C, dal punto di vista exergetico: è migliore il ciclo A è migliore il ciclo B i due cicli sono uguali non si può dire con i dati disponibili 14 – Con riferimento alla curva dose-rischio nel caso di una dose collettiva, ipotizzando una dose pari a 0,03 Sv applicata a 1.500.000 persone, quanti sono i decessi annuali stimati? 1250 3500 2250 840

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15 – L’exergia dell’azoto a 800 K e 100 bar, supponendo Ta = 280 K e Pa = 1 bar, è prevalentemente associati:

a) allo squilibrio termico b) allo squilibrio di pressione c) non si può dire con i dati disponibili d) ad entrambi gli squilibri, termico e di pressione, in ugual misura

16 – Quanto vale il lavoro reversibile che dovrebbe essere fornito per liquefare (a T e P costanti) 100 kg di idrogeno (Tliq = -252,8 °C, Δhlv = 445,7 kJ/kg, Ta = 280 K)?

215 kJ 450 Mcal 320 kcal 573 MJ 17 – Quale di questi ipotetici combustibili può avere nei fumi la maggior concentrazione di H2O? C2H6 CH4 C4H10 C3H8 18 – In termini massici, è maggiore l’exergia chimica di: C2H6 CH4 C4H10 C3H8

19 – Supponendo che per le radiazioni di Chernobyl in Lombardia (9 milioni di abitanti) ogni cittadino venga sottoposto in media a una dose di 1,2 mSv ipotizzando l’andamento lineare senza soglia tra dose e rischio quanti decessi si avrebbero? 50 250 500 1000 20 – Se in una centrale nucleare da 950 MW si riesce ad aumentare la potenza del 10% e le ore di funzionamento all’anno sono 8000 di quanto aumenta l’energia prodotta?

760 kWh 760 MWh 760 GWh 760 TWh 21 – Si consideri un sistema alimentato con 0,25 kg/h di idrogeno che produce una potenza elettrica di 3 kW con una cella a combustibile con fattore di utilizzazione dell’80% ed energia termica a 80°C bruciando la frazione di combustibile inutilizzata. Quanto vale il rendimento exergetico del sistema? 25% 33% 40% 50%

22 – Nel caso in cui si abbia una sorgente termica a temperatura inferiore di Ta, il valore dell’exergia da calore associata al calore scambiato da tale sorgente è:

a) sempre minore del calore b) sempre maggiore del calore c) maggiore o minore del calore in funzione del livello termico della sorgente d) sempre nullo poiché il livello termico della sorgente è inferiore a Ta

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23 – Sia dato un fluido con temperatura minore di Ta e pressione Pa che subisce una trasformazione che comporta una riduzione di temperatura e una variazione di pressione. Se, per ipotesi, il fluido subisce una variazione exergetica nulla, la pressione finale del fluido deve essere sicuramente:

minore di Pa maggiore di Pa uguale a Pa 24 – Il minimo lavoro che dovrebbe essere fornito, a pressione costante, per liquefare (da vapore saturo a liquido saturo) 1 kg di metano vale (supporre che il calore latente di liquefazione a 10,4 bar valga 412,52 kJ/kg, che la temperatura di saturazione valga 150 K e che Ta sia 25°C):

252 kJ 407 kJ 340 kcal 25 MJ 25 – Un combustibile CαHβ brucia completamente con l’aria teorica, cosa si deve trovare nei fumi anidri? N2,O2 N2,CO2 N2,O2, CO2 O2,CO2

26 – Se tutta l’energia elettrica prodotta con i reattori nucleari dovesse essere prodotta con gas naturale con un tasso di emissione di CO2 di 500 g/kWh di quanto aumenterebbero le emissioni antropiche di questo gas? 1,3 Mt/a 1,3 Gt/a 2600 Mt/a 3,2 Gt/a 27 – Nei reattori PWR di norma la pressione nel primario è di 16 MPa a cui corrisponde una T di cambiamento di fase liquido-vapore di circa 345°C. Se la temperatura di ingresso dell’acqua nel reattore è di 292°C e la temperatura di uscita è di 329°C, di quanto dovrebbe aumentare la potenza, a pari portata e supposto costante il calore specifico, per avere rischio di ebollizione nei canali?

12% 25% 31% 43% 28 – Uno stack di celle a combustibile alimentato ad idrogeno è caratterizzato da una potenza elettrica complessiva di 70 kW, da una densità di corrente elettrica di 1 A/cm2 e da un’utilizzazione del combustibile del 90%. Sapendo che ogni cella produce una differenza di potenziale di 0,7 V e ha una superficie attiva di 1000 cm2 si calcoli da quante celle è costituito lo stack e quanto vale il rendimento exergetico trascurando ogni forma di cogenerazione.

100 celle e 52,5% 100 celle e 63% 100 celle e 58,3% 70 celle e 52,5% 70 celle e 58,3% 29 – In un ciclo a gas chiuso percorso da elio (gas perfetto monoatomico con cp = 5,2 kJ/kgK e R = 2,1 kJ/kgK), l’elio entra in turbina a 15 bar e 750°C ed esce a 2 bar e 350°C. Il lavoro reversibile della turbina, nell’ipotesi che Ta = 300 K, vale circa:

3440 kJ/kg 2575 kJ/kg 480 kJ/kg 1790 kJ/kg 30 – La variazione di exergia, in funzione della pressione ridotta, di un liquido perfetto che, a temperatura costante, subisce una variazione di pressione è:

lineare esponenziale logaritmica nulla

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31 – Sia dato un gas perfetto che cede calore. In quali ipotesi la sua variazione exergetica può essere sostituita dall’exergia da calore valutata alla temperatura media logaritmica del gas? sempre mai solo se P = costante solo se T = costante 32 – Una combustione incompleta di butano ha un rendimento exergetico pari a 54% calcolato senza considerare tra gli effetti utili l’exergia chimica del CO. Quanto vale il rendimento exergetico di quella combustione considerando tra gli effetti utili l’exergia chimica del CO e supponendo che per ogni mole di combustibile se ne ritrovano 1,5 di CO?

82% 31% 54% 69% 33 – Supposto che una centrale a ciclo combinato produca 500 g/kWh di CO2 e una centrale nucleare produca indirettamente 20 g/kWh di CO2 equivalente, quante centrali nucleari da 1600 MW producono la stessa quantità di CO2 equivalente di una centrale a ciclo combinato da 640 MW (si ipotizzi che il fattore di utilizzo, espresso in ore/anno, sia il medesimo per le centrali nucleari e per la centrale a ciclo combinato)?

50 10 2 20 34 – Se nel Kerala c’è un livello di radiazione naturale circa 20 volte superiore a quello che c’è in media in Italia dove, supposta la correlazione rischio/dose lineare senza soglia, si avrebbe una mortalità dovuta a questo fondo pari a 6.000 decessi/anno, quale sarebbe il numero di decessi annui in Kerala? 6.000 120.000 12.000 60.000 35 – Un reattore BWR ha una potenza termica di 3.000 MW e una potenza elettrica di 1.000 MW. Se il condensatore fosse raffreddato con acqua di un fiume, con limite a 5°C per l’aumento della T, quanto dovrebbe essere la portata minima d’acqua di raffreddamento?

5,0 t/h 100 kg/s 96 t/s 10 m3/s

36 – Si consideri un sistema a cella a combustibile, con fattore di utilizzazione dell’90%, alimentato con 0,5 kg/h di idrogeno che produce una potenza elettrica di 8 kW ed energia termica a 80°C bruciando la frazione di combustibile inutilizzata. Quanto vale il rendimento exergetico del sistema?

33% 40% 50% 60%

37 – A pari temperatura e pressione (T > Ta e P = Pa), il contenuto exergetico fisico di una unità di massa di H2, rispetto ad una unità di massa di N2 è:

minore maggiore uguale

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38 – Confrontando, a parità di energia elettrica e termica prodotte, il sistema con impianti separati (con ηSoloElettrico = 0,45 e ηSoloTermico = 0,90) con il sistema tutto elettrico con pompe di calore (con ηSoloElettrico = 0,45 e ηex,PompeCalore = 0,40), emerge che quest’ultimo sistema permette un risparmio di energia primaria se la temperatura media logaritmica della sorgente a cui si cede calore è (sia Ta = 288 K):

minore di 69°C maggiore di 350 K minore di 87°C non conviene mai 39 – In un ciclo Rankine tramite una condensazione a T costante (40°C) viene scaricato calore cedendolo all’atmosfera (Ta = 15°C). Il rapporto % tra l’exergia distrutta e l’energia persa è pari a: 46% 2% 25% 8% 40 – Il rendimento exergetico di una combustione completa con eccesso d’aria, rispetto al rendimento exergetico della corrispondente combustione stechiometrica è:

minore maggiore uguale 41 – In un ciclo combinato a gas naturale, supposto composto da solo metano, il rendimento exergetico, rispetto al rendimento energetico riferito al potere calorifico inferiore, è, a rigore: minore uguale maggiore non sono confrontabili 42 – Con un processo di “steam reforming” di metano si produce idrogeno, secondo la reazione CH4+2H2O = CO2+4H2. E’ possibile realizzare il processo senza altri apporti energetici?

No Si E’ un processo irrealizzabile 43 – Se nei prossimi cinque anni entrassero in funzione 20 nuovi reattori nucleari da 1000MW ciascuno, con disponibilità di 7500 h/a e venissero dismessi 5 vecchi reattori da 600 MW ciascuno, con disponibilità di 6500 h/a di quanto aumenterebbe la produzione annua?

130 TWh 20 TWh 130 GWh 2000 MWh

44 – Se 20 reattori nucleari da 1000 MW riuscissero a passare da una disponibilità di 6800 a 7800 h/a quante centrali a ciclo combinato da 600 MW con disponibilità annua di 6670 h/a riuscirebbero a sostituire?

1 2 5 10 45 – Con riferimento ai dati della domanda precedente, supposto che le emissioni di CO2 del ciclo combinato siano di 0,5 kg/kWh e che l’aumento della disponibilità dei reattori nucleari possa avvenire senza emissioni indirette, di quanto diminuirebbero le emissioni annue di CO2 rispetto alla soluzione a ciclo combinato 2 Mt 5 Mt 10 Mt 0,1 Gt

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46 – Uno stack di celle a combustibile alimentato ad idrogeno è caratterizzato da una densità di corrente elettrica di 1 A/cm2 e da un’utilizzazione del combustibile del 90%. Sapendo che è costituito da 100 celle in serie e che ogni cella produce una differenza di potenziale di 0,7 V e ha una superficie attiva di 1000 cm2 si calcoli la potenza elettrica complessiva dello stack e quanto vale il rendimento exergetico trascurando ogni forma di cogenerazione.

70 kW e 52,5% 70 kW celle e 63% 63 kW e 58,3% 63 kW e 52,5% 70 kW e 58,3% 47 – Quale di queste temperature per un pozzo freddo (T<Ta) comporta che il lavoro minimo da fornire per estrarre calore sia inferiore al calore stesso

0,1 Ta 0,2 Ta 0,4 Ta 0,6 Ta 48 – Sia data una valvola di laminazione isoentalpica percorsa da un liquido perfetto che subisce un aumento di temperatura. L’exergia distrutta, rispetto alla variazione di exergia che il liquido subisce (espressa come ex uscita – ex ingresso), è:

minore uguale, segno opposto maggiore uguale, stesso segno 49 – Una miscela bifase di propano riceve calore a volume costante pari a 0,0075 m3/kg. Sapendo che Δu = 236 kJ/kg, ΔP = 2,29 MPa, Δs = 0,728 kJ/kgK e Ta = 10°C, la variazione di exergia fisica del propano è circa pari a: 270 kJ/kg 325 kJ 1,4 MJ/kg 47 kJ/kg 50 – Si consideri una combustione completa e adiabatica di CH4 con eccesso d’aria del 40%. Il rapporto tra il rendimento di primo principio e il rendimento exergetico della sola combustione vale:

0,45 1,50 4,23 0,91 51 – In una combustione incompleta di un combustibile definito, a λ costante, all’aumentare della frazione di CO la frazione di ossigeno nei fumi:

resta uguale diminuisce aumenta 52 – Si considerino i prodotti di una combustione di C4H10 in difetto d’aria con formazione oltre che di CO2 e di H2O anche di CO. I prodotti di combustione, in ordine decrescente per contenuto exergetico fisico specifico, sono:

CO2, H2O, CO, N2 H2O, O2, N2, H2 N2, CO, CO2, O2 N2, CO2, CO, H2O 53 – La grandezza ex (exergia nel deflusso) per un gas perfetto al diminuire di T sotto a Ta e al diminuire di P sotto a Pa: Aumenta sempre Aumenta per T e diminuisce per P Diminuisce sempre

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54 – Il reattore di Gosgen ha una potenza nominale elettrica di circa 1.000 MW e una potenza nominale termica di circa 3.000 MW. Supposto che in particolari condizioni atmosferiche tutta la potenza da smaltire alla torre evaporativa avvenga tramite evaporazione dell’acqua di raffreddamento del condensatore, quanta all’incirca ne deve evaporare? (supporre che il calore di evaporazione sia di circa 2.500 kJ/kg)

1.200 kg/s 25.000kg/s 0,8 t/s 0,4 t/s 55 – Se nei prossimi vent’anni entreranno in funzione nel mondo 35 nuovi reattori nucleari per una potenza complessiva di 33.000 MW e con una disponibilità annua di 7.800 ore, ogni anno quante emissioni di CO2 sarebbero risparmiate rispetto alla produzione della stessa energia con centrali a gas con emissioni di 550 g/kWh

20 Gt 140 Mt 8.000 kt 60 Mt

56 – Uno stack di celle a combustibile alimentato ad idrogeno è caratterizzato da una potenza elettrica complessiva di 70 kW, da una densità di corrente elettrica di 1 A/cm2 e da un’utilizzazione del combustibile del 90%. Sapendo che ogni cella ha una superficie attiva di 1.000 cm2 si calcoli da quante celle è costituito lo stack e quanto vale il rendimento exergetico trascurando ogni forma di cogenerazione. 100 celle e circa 52% 100 celle e circa 63% 60 celle e 52% 60 celle e 63% 57 – Per una centrale termoelettrica alimentata da propano, noti i valori di PCI e dell’exergia chimica del combustibile, il rendimento di primo principio, rispetto al rendimento exergetico, è:

minore uguale maggiore 58 – Un sistema di riscaldamento può essere alimentato con pompa di calore (ηex della sola pdc = 0,45) a sua volta alimentata da energia elettrica prodotta con ηes = 0,40, o con un sistema tradizionale con ηts = 0,85. Sia Ta = 5 °C. Fino a quale valore di temperatura media dell’utenza la pompa di calore risulta più conveniente? 320 K 62 °C 78 °C 385 K 59 – Assunta Ta = 280 K richiede maggior exergia la fornitura di calore a 320 K o l’estrazione di uno stesso quantitativo di calore da 230 K?

sono uguali la fornitura l’estrazione 60 – Le celle a combustibile convertono l’energia chimica del combustibile in:

a) energia termica e successivamente in energia elettrica b) direttamente in energia elettrica c) in energia meccanica e poi in energia elettrica d) in energia termica, poi in energia meccanica e infine in energia elettrica

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61 – Se nel mondo la frazione di energia elettrica coperta con l’energia nucleare dovesse essere prodotta con centrali termoelettriche con produzione media di CO2 di 650 g/kWh, di quanto aumenterebbe all’incirca il rilascio di CO2 nell’atmosfera? 1,6 kt 1,6 Mt 1,6 Gt 1,6 Tt 62 – Se il tempo di dimezzamento del Co60 è di 5,26 anni quanti anni bisogna aspettare perché la radioattività si sia ridotta a 1/8 (un ottavo) rispetto al valore iniziale?

10,52 15,78 21,04 26,30 63 – Con l’ipotesi di linearità tra rischio e dose per una popolazione di 106 abitanti una dose sulla singola persona di 4 mSv quanti morti comporterebbe? 20 400 200 4000 64 – Sia dato uno scambiatore di calore sotto Ta. Il contenuto exergetico, all’uscita dallo scambiatore, del fluido che cede calore, rispetto al contenuto exergetico del medesimo fluido all’ingresso dello scambiatore è: maggiore minore uguale

65 – Un generatore di vapore è costituito da una camera di combustione adiabatica (in cui avviene la combustione completa di gas metano con λ = 1,3), da uno scambiatore di calore con ηex = 0,65 e dal camino. Se il contenuto exergetico dei fumi al camino è ritenuto trascurabile, il rendimento exergetico dell’intero generatore di vapore vale:

65% 32% 44% 18% 66 – Si consideri 1 kg di H2O (liquido perfetto) che viene scaldata da 18°C a 60°C e che subisce una perdita di carico di 0,05 bar. La variazione del suo contenuto exergetico associata alla perdita di carico, rispetto alla variazione totale del contenuto exergetico, incide per il (Ta = 288 K):

0,62% 15,67% 6,81% 0,04% 67 – L’exergia distrutta in una valvola di laminazione isoentalpica, nel caso di un gas perfetto:

dipende da P e T dipende solo da T dipende solo da P non dipende né da P né da T

68 – Sul diagramma di Ostwald, il punto rappresentativo dei prodotti di una combustione incompleta, realizzata con eccesso d’aria pari a 1,3, può cadere sull’asse delle ascisse (caratterizzato da XO2 = 0)?

dipende dal tipo di combustibile sempre mai

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69 – Un frigorifero ad assorbimento, schematizzabile come un sistema a tre serbatoi: il generatore a 130°C, il serbatoio intermedio a 40°C e il serbatoio freddo a Ta=0°C, funziona come pompa di calore e fornisce la potenza utile al serbatoio intermedio pari a 5 kW. Quale è, all’incirca, la potenza minima da fornire al generatore?

5 kW 0,5 kW 2 kW 7 kW 70 – Un sistema energetico converte del metano in energia elettrica, calore a T=85°C ed idrogeno. Supposto una portata di metano in ingresso pari a 1 kg/s, una potenza elettrica di 10 MW e una potenza termica di 138 MW, quale può essere la portata massima di idrogeno? (Supporre Ta=0°C) 1 kg/s 0,078 kg/s 0,15 kg/s 138 kg/s

71 – Si consideri un sistema a cella a combustibile, con fattore di utilizzazione dell’90%, alimentato con 1 kg/h di idrogeno (PCI = 120 MJ/kg) che produce una potenza elettrica di 15 kW ed energia termica alla temperatura media di 70°C recuperando tutto il calore generato dalla cella e bruciando la frazione di combustibile inutilizzata. Quanto vale il rendimento exergetico del sistema? 33% 45% 53% 65% 72 – Nel reattore nucleare di Gosgen la potenza elettrica è all’incirca 1000 MW e la potenza termica totale è di 3000 MW. Nel condensatore del circuito secondario l’acqua di raffreddamento che, di norma, entra a 22°C ed esce a 36°C che portata deve avere?

20000 t/h 34 t/s 34 t/h 143 t/s 73 – Se tutta l’energia elettrica prodotta con i reattori nucleari dovesse essere prodotta con carbone con un tasso di emissione di CO2 di 1000 g/kWh di quanto, all’incirca, aumenterebbero le emissioni antropiche annue di questo gas?

1,3 Mt/a 1,3 Gt/a 2,6 Gt/a 0,2 Gt/a 74 – Un fluido cede calore ad una sorgente a temperatura T. L’exergia distrutta è uguale alla variazione di exergia del fluido:

mai solo se T = Ta sempre 75 – In condizioni reversibili, nell’ipotesi che Ta = 0°C, la temperatura a cui dovrebbe trovarsi la sorgente calda di un ciclo motore che, utilizzando una quantità di calore Q, produce il lavoro necessario all’estrazione di un identico quantitativo di calore Q da una sorgente a –50°C, è pari a:

20°C 352 K 504°C 1100 K

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76 – Si consideri l’aria (schematizzabile come gas perfetto). Il suo contenuto exergetico a P=Pa e T=1,5 Ta all’incirca coincide con il suo contenuto exergetico a: P = 1,3 Pa e T = 0,8 Ta P = 1,7 Pa e T = Ta

P = 0,8 Pa e T = 1,2 Ta P = 0,9 Pa e T = 0,7 Ta

77 – Nel caso di una combustione completa di etano con eccesso d’aria del 30%, il rendimento exergetico può essere stimato pari a: 50 % 71 % 86 % 65 %

78 – Il minimo lavoro che dovrebbe essere fornito, a pressione atmosferica costante, per liquefare (da vapore saturo a liquido saturo) 5 kg di metano vale (supporre che il calore latente di liquefazione valga 510,8 kJ/kg, che la temperatura di saturazione valga 111,6 K e che Ta sia 10°C): 937 kcal 252 kJ 340 kcal 25 MJ 79 – Una pompa di calore alimentata con energia elettrica prodotta con un rendimento energetico complessivo di 0,30, deve riscaldare acqua da 35°C a 45°C (con Ta = 0°C). Quale deve essere il valore minimo del rendimento exergetico della pompa di calore per essere competitiva con una caldaia che ha un rendimento energetico di 0,90?

0,29 0,38 0,51 0,63 80 – Assunta Ta = 300 K, quale è il valore di temperatura di un serbatoio termico per il quale il calore estratto è pari all’exergia fornita? 300 K 450 K 150 K ∞ K 81 – Nei reattori PWR il moderatore:

a) non c’è, perché non serve b) è il metallo con cui è fatto l’elemento di combustibile c) è il refrigerante stesso d) è l’ossigeno dell’ossido di uranio

82 – Nei reattori PWR di norma la pressione nel primario è di 16 MPa a cui corrisponde una T di cambiamento di fase liquido-vapore di circa 345°C. Se la temperatura di ingresso dell’acqua nel reattore è di 292°C e la temperatura di uscita è di 329°C, a pari portata e supposto costante il calore specifico, se la potenza aumenta del 30%: non c’è rischio di ebollizione c’è rischio di ebollizione l’ebollizione c’è sempre 83 – Si consideri l’azoto N2 nell’ipotesi di gas perfetto a una pressione di 5 bar e una temperatura di 800 K. Il suo contenuto exergetico associato al dislivello termico rispetto all’atmosfera, rispetto al suo contenuto exergetico totale, è pari al (sia Ta = 290 K e Pa = 1 bar):

40% 15% 84% 62%

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84 – Per un ciclo termodinamico diretto (non cogenerativo) che opera tra due sorgenti a temperatura costante, in assenza di combustione, il rendimento di primo principio rispetto al rendimento exergetico è:

sempre minore sempre maggiore uguale dipende da T 85 – A seguito di una combustione incompleta con difetto d’aria, per ogni mole di combustibile si ottengono 2 moli di CO2, 1 mole di CO, 4 moli H2O e 16,92 moli di N2. Sapendo che la temperatura adiabatica di fiamma è circa 2200 K, quanto vale (circa) il potere calorifico inferiore del combustibile?

1007 kJ/mol 2244 kJ/mol 1750 kJ/mol 3140 kJ/mol 86 – In un piano ex-h la pendenza di una trasformazione isobara è: sempre positiva nulla durante le transizioni di fase pari al fattore di Carnot costante 87 – Siano dati due gas perfetti, entrambi a pressione P > Pa e T = Ta. Il contenuto exergetico è maggiore nel caso del gas perfetto con:

massa molare minore massa molare maggiore dipende dal valore di cp 88 – Si consideri l’idrogeno H2 nell’ipotesi di gas perfetto a una pressione di 0,8 bar e una temperatura T. Per quale intervallo di temperatura (in K) occorre fornire lavoro per portarlo in equilibrio con l’atmosfera (sia Ta = 290 K e Pa = 1 bar)?:

125 < T < 358 T > 140 per ogni T 198 < T < 406 89 – Un fluido viene condensato a T = 40°C. Il calore estratto al condensatore viene scaricato in atmosfera a Ta = 20°C. Quanto vale il rapporto tra l’exergia distrutta e il calore scaricato in atmosfera?

0,0064 0,67 0,064 0, 23 90 – Si consideri una combustione incompleta di C2H6, supponendo che tra i prodotti ci siano 1,5 moli di CO2 e 0,5 moli di CO. Se il CO viene riutilizzato come combustibile, di quanto aumenta il rendimento exergetico della combustione rispetto al caso in cui il CO non venga riutilizzato?

9,5 punti % 2,5 punti % 54,3 punti % 67,5 punti % 91 – In una valvola fluisce gas perfetto che subisce una riduzione di pressione del 20%. Quanto vale l’exergia distrutta molare durante questa laminazione isoentalpica (supporre Ta = 290 K)?

289 kJ/kmol 538 J/mol 2349 kJ/mol 1026 kJ/kmol

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92 – Serve più exergia (lavoro) per innalzare 10 kWh da 80°C a 90°C o per abbassare 2 kWh da -80°C a -90°C? Assumere Ta=0°C. per innalzare per abbassare uguale 93 – Nella combustione di propano con λ=0,9 e senza residuo di O2, supponendo che l’idrogeno si trasformi tutto in H2O e il carbonio in parte in CO2 e in parte in CO, quale è il rapporto tra moli di CO e moli di CO2 ? 0,11 0,25 0,50 0,75 94 – In una caldaia in cui brucia CH4 con λ=1,3 e che ha perdite al mantello trascurabili e perdite al camino pari a circa il 10% dell’energia entrante con il combustibile è maggiore la perdita di:

energia exergia sono uguali

95 – In un reattore nucleare PWR (tipo Gosgen), la potenza elettrica è circa pari a 1.000 MW e quella totale a 3.000 MW. In condizioni invernali si supponga che l’acqua di raffreddamento del condensatore entri a 15°C ed esca a 29°C. Quanto deve essere all’incirca la sua portata?

142 t/s 34 kg/s 34.0000 t/h 120.000 t/h

96 – Se in Italia si riuscisse a produrre con i reattori nucleari 100 TWh/a, anziché con cicli combinati con emissioni di CO2 pari a 0,5 kg/kWh, di quanto si ridurrebbero le emissioni totali di CO2?

5.000 kg/a 150 t/a 50 Mt/a 300.000 kg/a

97 – Nei reattori nucleari PWR, di norma, la pressione nel primario è di 16 MPa a cui corrisponde una T di vaporizzazione di circa 345°C. La temperatura di ingresso dell’acqua nel reattore è di 292°C e quella di uscita di 329°C. Ipotizzando che il calore specifico dell’acqua sia costante, di quanto potrebbe aumentare la potenza prima che si abbia ebollizione?

22% 43% 60% 100% 98 – Un generatore di vapore alimentato da carbone cede calore all’acqua liquida in pressione che si scalda da 50°C a 110°C. Il rendimento di primo principio del generatore di vapore è pari a 86%. Ipotizzando che Ta = -10°C e che l’exergia chimica del carbone è circa 1,09 volte il corrispondente PCI, il rendimento energetico del generatore di vapore è pari a circa:

35% 20% 12% 53% 99 – Un ciclo motore ha un rendimento di primo principio pari a 0,388 e opera tra due sorgenti termiche di temperatura pari a T = 850 K e Ta = 283 K. Il suo rendimento exergetico vale:

40% 65% 58% 32%

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100 – Una massa unitaria di ghiaccio (1 kg), a temperatura iniziale di 263 K riceve calore dall’ambiente, fonde e l’acqua liquida risultante si scalda fino a raggiungere la temperatura atmosferica (Ta = 293 K). Ipotizzando che cghiaccio = 2,14 kJ/kgK, cacqua = 4,18 kJ/kgK e che il calore latente di fusione è 333,4 kJ/kg, l’exergia distrutta è pari a: 29,5 kJ 321 J 269 kJ 64873 J 101 – Una pompa di calore a compressione, avente COP = 3,5, viene utilizzata per riscaldare un edificio a 22°C. Nell’ipotesi che Ta = 2°C e che l’energia elettrica necessaria per il funzionamento della pompa di calore sia prodotta e trasportata con un rendimento exergetico globale del 42%, il rendimento exergetico complessivo dell’insieme pompa di calore + centrale elettrica vale:

10% 24% 37% 55% 102 – Una massa unitaria (1 kg) di CO2 a temperatura Ta e pressione Pa viene scaricata in atmosfera. La pressione parziale della CO2 atmosferica in condizioni di equilibrio è pari a 33 Pa. Nell’ipotesi che la CO2 si comporti come un gas perfetto, l’exergia distrutta è pari a (ipotizzare Ta = 283 K e Pa = 0,1 MPa): 0,4 MJ 679 kJ 1267 J 111 kJ 103 – Il minimo lavoro che dovrebbe essere fornito, a pressione atmosferica costante, per liquefare (da vapore saturo a liquido saturo) 8 kg di metano vale (supporre che il calore latente di liquefazione valga 510,8 kJ/kg, che la temperatura di saturazione valga 111,6 K e che Ta sia 10°C): 737 kcal 252 kJ 1500 kcal 9 MJ 104 – Una pompa di calore ad assorbimento, avente COP = (Qa+Qc)/Qg = 1,6 è alimentata dal calore fornito da acqua calda in pressione che si raffredda da 160°C a 80°C. La finalità della pompa di calore è solo il riscaldamento di acqua liquida da 40°C a 78°C. Inoltre nel caso specifico la sorgente fredda è acqua liquida che si raffredda da 42°C a 27°C cedendo calore Qe all’evaporatore del sistema ad assorbimento. Ipotizzando che Ta = -5°C, il rendimento exergetico della pompa di calore vale:

52% 78% 17% 29% 105 – Una combustione di butano con aria e λ=1 avviene in modo non completo: l’idrogeno si trasforma tutto in H2O, mentre il carbonio per il 90% passa a CO2 e per il 10% passa solo a CO. Quale è la frazione molare di O2 nei fumi?

2% 0,6% 4% 11% 106 – Con riferimento ai dati dell’esercizio precedente e nell’ipotesi che non sia possibile recuperare il CO presente nei fumi, il rendimento exergetico della combustione sarà >0,7 <0,7 qualsiasi valore <1 <0,3

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107 – In una centrale termoelettrica a ciclo Rankine semplice, il rendimento exergetico del generatore di vapore di vapore è pari a 0,45, il rendimento exergetico della turbina a vapore è 0,82 mentre il rendimento exergetico del generatore, del trasformatore e della linea elettrica che collega la centrale agli utilizzatori finali è pari a 0,9. Nell’ipotesi che l’exergia del combustibile per unità di tempo sia pari a 1000 MW, una maggiore distruzione di exergia di 10 MW comporta la più elevata riduzione della potenza resa disponibile agli utilizzatori finali se si verifica in corrispondenza di: generatore di vapore non importa: l’effetto è sempre il medesimo generatore, trasformatore e linea elettrica turbina a vapore 108 – In un piano ex-h la pendenza di una trasformazione isobara in cambiamento di fase con T<Ta è: nulla positiva negativa il segno dipende dal fluido 109 – Se con 5 reattori nucleari da 1600 MW si producessero 60 TWh/a di quanto si ridurrebbero le emissioni di CO2 rispetto alla produzione con carbone (assumere le emissioni per il carbone pari a 0,9 kg/kWh) 1600 Mt/a 90.000 t/a 54 Mt/a 6300.000 kg/a 110 – Nei reattori PWR di norma la pressione nel primario è di 16 MPa a cui corrisponde una T di cambiamento di fase liquido-vapore di circa 345°C. Se la temperatura di ingresso dell’acqua nel reattore è di 292°C e la temperatura di uscita è di 329°C, a pari portata e supposto costante il calore specifico, se la potenza raddoppiasse

Non c’è rischio di ebollizione C’è rischio di ebollizione L’ebollizione c’è sempre 111 – Uno stack di celle a combustibile alimentato ad idrogeno è caratterizzato da una potenza elettrica complessiva di 35 kW, da una densità di corrente elettrica di 0.5 A/cm2 e da un’utilizzazione del combustibile del 85%. Sapendo che ogni cella ha una tensione di 0,7 V e una superficie di 500 cm2 si calcoli da quante celle è costituito lo stack e quanto vale il rendimento exergetico trascurando ogni forma di cogenerazione. 200 celle e circa 50% 200 celle e circa 60% 120 celle e 50% 120 celle e 60% 112 – Uno scambiatore di calore opera sotto Ta. Con riferimento ai valori assoluti, la variazione di exergia che subisce il fluido caldo (cioè il fluido che cede calore), rispetto alla variazione di exergia che subisce il fluido freddo (cioè il fluido che assorbe calore) è: maggiore minore uguale dipende dai livelli termici 113 – Una massa di acqua liquida pari a 0,5 kg/s, inizialmente a temperatura pari a Ta (20°C), scorre all’interno di un tubo a pressione costante e riceve una potenza termica pari a 15 kW da una sorgente esterna a 100°C. L’exergia distrutta vale:

737 kcal/s 252 kW 3 kW 9 MJ

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114 – In uno scambiatore di calore, la distruzione di exergia dipende da:

− quantità di calore scambiato e valori delle temperature medie logaritmiche dei fluidi − valori delle temperature medie logaritmiche dei fluidi e differenza tra tali valori − quantità di calore scambiato e differenza tra i valori delle temperature medie logaritmiche

dei fluidi − quantità di calore scambiato, valori delle temperature medie logaritmiche dei fluidi e

differenza tra tali valori 115 – Una combustione di propano con aria avviene in modo incompleto con eccesso d’aria. Rispetto al caso in cui tale combustione avvenga in modo completo con eccesso d’aria, il PCI e l’exergia chimica del combustibile sono rispettivamente:

entrambi uguali entrambi minori minore e uguale uguale e maggiore 116 – Al fine di mantenere una casa a temperatura costante possono essere utilizzati, in alternativa, tre sistemi: a) pompa di calore ad aria con COP = 1,8; b) stufette elettriche; c) caldaia centralizzata con rendimento del 90%. Nell’ipotesi che il rendimento medio del parco termoelettrico nazionale sia pari a 0,43, il rendimento exergetico è maggiore per il sistema: a b c non si può dire 117 – Si consideri 1 kg di CO2 (gas perfetto) con cp = 0,8659 kJ/kgK e R = 0,1889 kJ/kgK, che si trova a P = 0,7 bar e T = 268,15 K. Nell’ipotesi che Ta = 293,15 K e Pa = 1 bar, l’exergia fisica della CO2 è: 45 kJ/kg - 78 J/kg 32 MJ/kg - 19 J/g 118 – Una massa di vapore pari a 0,1 kg contenuto in un cilindro riceve calore da una sorgente a temperatura costante pari a 700 K e, a pressione costante, passa da uno stato iniziale (1) fino a uno stato finale (2). Nell’ipotesi che non vi siano irreversibilità derivanti dagli attriti, che s1 = 6,695 kJ/kgK, s2 = 7,124 kJ/kgK, h1= 2829 kJ/kg e h2 = 3052 kJ/kg e Ta = 290 K, l’exergia distrutta è pari a: 5,6 MJ 3,2 kJ 9,1 kJ 0,04 MJ 119 – Si consideri una combustione incompleta con eccesso d’aria pari al 20% di gas naturale. Il suo rendimento exergetico è:

minore del 40% non si può dire con i dati disponibili minore del 69% maggiore del 72% 120 – Una miscela costituita per il 90% molare da eptano e per il 10% molare da ottano (entrambi gas perfetti) si trova a 25°C e 1 atm. L’exergia chimica della miscela vale:

5014 kJ/mol 3490 kJ/mol 4830 kJ/mol 4239 kJ/mol

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121 – Un produttore utilizza gas naturale (PCI = 46 MJ/kg) per produrre energia elettrica con un ciclo combinato di rendimento pari al 52%. Nell’ipotesi che debba acquistare una quota di emissione (a 20 € l’una) per ogni tonnellata emessa di CO2 e che la propria produzione di energia elettrica sia venduta a 65 €/MWh, quanto incide il costo di acquisto delle quote di emissione sul prezzo di vendita dell’energia?

29% 8% 42% 13% 122 – Un impianto di cogenerazione ha un indice elettrico K pari a 1,5. Sapendo che il suo indice elettrico di massimo recupero termico vale 0,95, il rapporto % tra l’energia elettrica qualificabile come cogenerativa (cioè producibile, a parità di calore utile, se l’impianto funzionasse al massimo recupero termico) e l’energia elettrica complessivamente prodotta è pari a: 32,8% 63,3% 85,2% 51,9% 123 – Due sistemi energetici a ciclo diretto, utilizzano entrambi lo stesso quantitativo di energia termica e producono lo stesso quantitativo di energia meccanica, ma il primo dispone di energia termica a 700°C e il secondo di energia termica a 400°C. Supposta per entrambi la Ta pari a 300 K, quale dei due ha il miglior rendimento exergetico?

il primo il secondo sono uguali non si possono comparare 124 – Uno stesso quantitativo di un opportuno fluido, con calore specifico costante, nel primo caso viene riscaldato isobaricamente da 15 a 20°C e nel secondo caso viene raffreddato isobaricamente da -15 a -20°C. Assunta Ta = 3°C, la variazione di exergia del fluido nel primo caso, rispetto al secondo caso, è: maggiore uguale minore non si possono comparare 125 – Nell’ipotesi che un produttore, in un anno, produca 800 GWh di energia elettrica da gas naturale, con rendimento del 50%, e che debba acquistare una quota di emissione (a 15 € l’una) per ogni tonnellata emessa di CO2, il costo sostenuto per l’acquisto di tali quote per unità di energia elettrica prodotta è pari a:

2,7 €/MWh 6,5 €/MWh 4,2 €/MWh 13,4 €/MWh 126 – In Italia nel 2011 la produzione di energia elettrica eolica incentivata è stata pari a circa 10,5 TWh. Nell’ipotesi che il fabbisogno complessivo di energia primaria sia dell’ordine di 190 Mtep, quanto è all’incirca il contributo dell’energia eolica in termini di energia primaria? (assumere un rendimento medio per la produzione di energia elettrica pari al 40%)

1,2% 9,7% 4,8% 0,5% 127 – In Italia nel 2011 la produzione di energia elettrica fotovoltaica incentivata è stata pari a circa 10,9 TWh. Poichè l’incentivo medio erogato è stato pari a 363 €/MWh, a quanto è ammontata la spesa pro-capite annua in €/aa (supporre la popolazione pari a 60 milioni di persone)?

180 112 35 66

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128 – Il potere calorifico massico della benzina (supposta come CH1,8) rispetto a quello (massico) del gas naturale (supposto come CH4) è

maggiore uguale minore non confrontabile

129 – Un cittadino che consumi, solo per i suoi utilizzi privati, 1500 kWh/a di energia elettrica (con emissione di 750g/kWh), 1000 kg/a di benzina (supposta come CH2) e 250 kg/a di gas naturale (supposto come CH4) quante emissioni di CO2 (in kg) determinerebbe all’incirca in un anno?

150 1600 5000 15500 130 – Nell’ipotesi che l’incentivo unitario medio valga 100 euro per il risparmio di 1 tep, 30 €/MWh per la produzione di calore da fonti rinnovabili, 200 €/MWh per la produzione di energia elettrica da fotovoltaico e 80 €/MWh per la produzione di energia elettrica dalle altre fonti rinnovabili, costa meno (a parità di effetti per il raggiungimento degli obiettivi al 2020): - il maggior risparmio di 6 tep di energia - il maggior consumo di 1 tep di energia elettrica prodotta da fonte idrica - il maggior consumo di 1 tep di calore prodotto da legna - il maggior consumo di 1 tep di energia elettrica prodotta da fotovoltaico 131 – Con riferimento alla tariffa media nazionale dell’energia elettrica aggiornata al IV trimestre 2010, quanto incidono gli oneri generali di sistema sul totale al netto delle imposte? Quanto paga all’anno, per tali oneri generali di sistema, una famiglia tipo con un consumo annuo di 2700 kWh?

11,7% - 42 € 8,3% - 35 € 13,1% - 28 € 10% - 15 € 132 – Nell’ipotesi che un produttore, in un anno, produca 455 GWh di energia elettrica da gas naturale, con rendimento del 53%, e che debba acquistare una quota di emissione (a 15 € l’una) per ogni tonnellata emessa di CO2, il costo sostenuto per l’acquisto di tali quote per unità di energia elettrica prodotta è pari a: 2,7 €/MWh 13,4 €/MWh 4,2 €/MWh 6,1 €/MWh 133 – Quanti aerogeneratori da 1 MW, che operano in media per 2500 ore/anno, riescono a produrre la stessa energia di una centrale nucleare di 1000 MW che opera per 7500 ore/anno?

1.000 300 3.000 25.000 134 – Quanta superficie di pannelli fotovoltaici, con potenza di picco 0,1 kW/m2, che operano in media per 1000 ore/anno, riescono a produrre la stessa energia di una centrale nucleare di 1000 MW che opera per 7500 ore/anno? 7500 km2 750 km2 75.000 m2 75 km2

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135 – Nell’ipotesi che l’incentivo unitario medio, riconosciuto per 20 anni, valga 200 €/MWh per la produzione di energia elettrica da fotovoltaico e che si installino 23 GW di impianti fotovoltaici con 1250 ore equivalenti di funzionamento annuo, il costo complessivo per la collettività è pari a:

115 G€ 78 G€ 3700 M€ 31500 M€ 136 – Nell’ipotesi che il consumo finale di energia (pari a 132 Mtep nel 2008) aumenti del 5% entro il 2020 quanta energia prodotta da fonti rinnovabili si dovrebbe consumare in più nel 2020, rispetto al 2008 (in cui il consumo imputabile alle fonti rinnovabili era pari a 8,987 Mtep), per raggiungere l’obiettivo del 17%? 4 Mtep 45 TWh 169 TWh 18 Mtep 137 – Una tonnellata di buona legna con potere calorifico 3000 kcal/kg ha un contenuto energetico circa pari a quello di

2.000 Ndm3 di CH4 60 kg di carbone 2000 kg di olio 330 kg di olio 138 – A seguito del terremoto e dello tsunami in Giappone, in Germania sono stati spenti 7 reattori per tre mesi con una potenza complessiva di circa 5500 MW. L’energia mancante è stata sostituita in questo periodo con aumento della produzione da centrali a carbone, di quanto circa sono aumentate in questo periodo le emissioni di CO2? (assumere che con queste centrali per 1 kWh si emetta 1 kg di CO2)

5 Mt 12 Mt 2 Gt 35 Mt 139 – In un ciclo inverso a compressione finalizzato come frigorifero essendo Ta= 15°C e Tf = -4°C, se il compressore assorbe una potenza elettrica di 1 kW, quale dei seguenti valori di potenza termica estratta al frigorifero è compatibile con i valori suddetti

31 kW 40 kW 15 kW 49 kW 140 – A pari combustibile e comburente se nei fumi anidri della combustione aumenta la concentrazione di O2 la concentrazione di CO:

aumenta resta uguale diminuisce 141 – Uno stack da 90 W di celle a combustibile a metanolo diretto opera ricircolando il combustibile inutilizzato, con una tensione di cella pari a 0,45 V e una corrente pari a 8 A. Sapendo che la portata di crossover del metanolo attraverso la membrana è pari al 15% della portata di metanolo effettivamente convertita elettrochimicamente si calcolino il rendimento elettrico del sistema ed il numero di celle.

32,5% e 29 celle 32,5% e 25 celle 37,5% e 29 celle 37,5% e 25 celle

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142 – In un ciclo inverso ad assorbimento finalizzato come frigorifero e schematizzato con tre serbatoi termici (generatore, atmosfera e frigorifero) con Tg= 120°C, Ta= 25°C e Tf = 0°C , al generatore viene fornita una potenza termica di 10 kW, quale dei seguenti valori di potenza termica estratta al frigorifero è compatibile con i valori suddetti

31 kW 15 kW 40 kW 49 kW 143 – A pari combustibile e comburente se nei fumi anidri della combustione aumenta la concentrazione di CO la concentrazione di ossigeno:

aumenta resta uguale diminuisce 144 – Uno stack di 20 celle a combustibile a metanolo diretto opera ricircolando il combustibile inutilizzato, con una tensione di cella pari a 0,4 V e una corrente pari a 10 A. Sapendo che la portata di crossover del metanolo attraverso la membrana è pari al 11% della portata di metanolo effettivamente convertita elettrochimicamente si calcolino il rendimento elettrico del sistema e la potenza elettrica erogata. 30% e 71 W 30% e 80 W 33,5% e 71 W 33,5% e 80 W 145 – In Italia la riduzione di emissioni annua di CO2 nell’ipotesi di installare, entro il 2016, 23 GW di impianti fotovoltaici che funzionano mediamente per 1200 ore all’anno, corrisponde a quale frazione delle emissioni totali annue di CO2? Supporre che l’emissione media del parco termoelettrico sia di 650 g/kWh e che le emissioni totali annue siano dell’ordine di 650 Mt/a.

3,5% 2,8% 4,2% 0,35% 146 – Se il cittadino italiano produce in media 1,2 kg/giorno di RSU, con un potere calorifico di circa 2800 kcal/kg, e il suo fabbisogno di energia primaria è pari a circa 3 tep/anno l’utilizzo energetico di tutti i RSU quale contributo potrebbe dare?

12% 6% 4% 0,8% 147 – In un ciclo inverso a compressione finalizzato come pompa di calore essendo Ta= 5°C e Tu = 35°C, se il compressore assorbe una potenza elettrica di 2 kW, quale dei seguenti valori di potenza termica fornita all’utilizzo è compatibile con i valori suddetti

12 kW 53 kW 27 kW 32 kW

148 – Si consideri un sistema a cella a combustibile, con fattore di utilizzazione dell’95%, alimentato con 0,2 kg/h di idrogeno (PCI = 120 MJ/kg) che produce una potenza elettrica di 3 kW ed energia termica alla temperatura media di 63°C recuperando tutto il calore generato dalla cella e bruciando la frazione di combustibile inutilizzata. Quanto vale il rendimento exergetico del sistema? 33% 45% 50% 52%

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149 – Quanta superficie di pannelli fotovoltaici, con potenza di picco 0,1 kW/m2, che operano in media per 1000 ore/anno, riescono a produrre la stessa energia di una pala eolica di potenza di 1 MW che opera per 2500 ore/anno?

1,2 km2 25000 m2 1800 m2 250 dm2 150 – Nell’ipotesi che in Italia la produzione di energia fotovoltaica arrivi a 12 TWh/anno e che l’incentivo medio sia pari a 200 €/MWh a quanto ammonta la spesa pro-capite annua in €/aa (supporre la popolazione pari a 60 milioni di persone)?

200 120 40 18 151 – In un ciclo inverso ad assorbimento finalizzato come frigorifero e schematizzato con tre serbatoi termici (generatore, atmosfera e frigorifero) con Tg= 120°C, Ta= 25°C e Tf = 0°C, si estrae dal pozzo freddo 15 kW. Quale dei seguenti valori di potenza termica fornita al generatore risulta compatibile con i valori suddetti? 1,7 kW 5700 W 825 kcal/h 3,2 kW 152 – Si supponga che a seguito dell’incidente ai reattori di Fukushima il programma nucleare a livello mondiale vedrà rallentata la realizzazione di 60 GW di potenza per cinque anni. Ammesso che l’energia mancante sia prodotta con centrali a combustibile fossile con emissione media di 0,75 kg/kWh, a parità di tutto il resto, di quanto aumenterà la produzione totale di CO2? (supporre un funzionamento di 7500 h/a) 23 Gt 450 Mt 1,7 Gt 48 Mt 153 – A pari combustibile e comburente, se nei fumi anidri della combustione aumenta la concentrazione di CO, la concentrazione di O2 (supposto che l’idrogeno si ossidi interamente in ogni caso):

aumenta resta uguale diminuisce

154 – Se in Italia nel 2011 la produzione di energia elettrica fotovoltaica sarà di circa 8 TWh e il fabbisogno di energia primaria dell’ordine di 185 Mtep, quanto è all’incirca il suo contributo in termini di energia primaria? (assumere un rendimento medio per la produzione di energia elettrica pari al 40%)

3% 10% 1% 0,5% 155 – La variazione di exergia di un gas perfetto che, a temperatura costante, subisce una variazione di pressione è: lineare esponenziale logaritmica nulla

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156 – Con riferimento ai dati del IV trimestre 2010, una famiglia con un consumo annuo di 2700 kWh elettrici quanto paga all’anno per coprire i costi di trasmissione, distribuzione e misura dell’energia elettrica?

25 € 110 € 51 € 67 € 157 – Due sistemi energetici a ciclo diretto, utilizzano entrambi lo stesso quantitativo di energia termica e producono lo stesso quantitativo di energia meccanica, ma il primo dispone di energia termica a 700°C e il secondo di energia termica a 400°C. Supposta per entrambi la Ta pari a 300 K, quale dei due ha il miglior rendimento exergetico? il primo il secondo sono uguali non si possono comparare 158 – Uno stesso quantitativo di un opportuno fluido, con calore specifico costante, nel primo caso viene riscaldato isobaricamente da 15 a 20°C e nel secondo caso viene raffreddato isobaricamente da -15 a -20°C. Assunta Ta = 3°C, la variazione di exergia del fluido nel primo caso, rispetto al secondo caso, è:

maggiore uguale minore non si possono comparare 159 – Nell’ipotesi che metà dell’energia elettrica importata sia attribuibile alle fonti rinnovabili, il contributo complessivo dell’energia da fonti energetiche rinnovabili al consumo finale lordo di energia nell’anno 2009 è pari a:

14,6% 23,7% 4,6% 8,9% 160 – Uno stack di 100 celle a combustibile a metanolo diretto opera ricircolando il combustibile inutilizzato, con una tensione di cella pari a 0,42 V e una corrente pari a 40 A. Sapendo che la portata di crossover del metanolo attraverso la membrana è pari al 16% della portata di metanolo effettivamente convertita elettrochimicamente si calcolino il rendimento exergetico del sistema e la potenza elettrica erogata.

35% e 1,41 kW 30% e 1,68 kW 35% e 1,68 kW 30% e 1,41 kW 161 – Si consideri un impianto fotovoltaico la cui produzione di energia elettrica per il 55% viene istantaneamente consumata, evitando l’acquisto di energia elettrica a 19 c€/kWh, per il 30% viene immessa in rete con scambio sul posto (recuperando all’incirca i costi del riacquisto dell’energia al netto delle imposte, pari a 16,6 c€/kWh) e per la restante parte viene venduta come eccedenza a 100 €/MWh. La valorizzazione media del kWh prodotto è pari a:

14,5 c€/kWh 0,25 €/kWh 13387 c€/MWh 169 €/MWh 162 – Se 1 MWh di energia elettrica prodotto da fonti rinnovabili sostituisse 1 MWh di energia elettrica prodotto da gas naturale con un rendimento del 50% e se venisse incentivato sulla base dei tep risparmiati di gas, quanto varrebbe l’incentivo (ipotizzare che 1 tep = 100 euro)? 35 €/MWh 1,7 c€/kWh 4,2 €/MWh 0,22 €/kWh