Esercitazione di Fisica Tecnica · (R=0,287 kJ/kgK, cv= 0,713 kJ/kgK). L'aria secca è inizialmente...

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Esercitazione di Fisica Tecnica Anno Accademico 2016-2017 Prof. Ing. L. Maffei

Anno Accademico 2016-2017 - Esercitazione di Fisica Tecnica

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•  Grandezze e unità di misura •  Consumi energetici

PARTE 1

Anno Accademico 2016-2017 Esercitazione di Fisica Tecnica


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Grandezze e unità di misura

Convertire le seguenti misure usando quelle fondamentali del sistema internazionale SI: 153 mg = 3 mm = 50 min = 25 L =

Convertire in metri le seguenti lunghezze:

a)  15,3 nm =

b)  74 mm =

c)  0,050 km =

d)  96,8 dm =

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Convertire in chilogrammi le seguenti masse:

a)  4500 g = b) 0,0008 mg = c) 78 hg = d) 13,5 Mg =

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Convertire in secondi i seguenti tempi:

a)  40 h = b) 56 min =

c) 120 ms = d) 12 h =



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Effettuare le seguenti conversioni tra le unità di misura della pressione: a) 25 atm = Pa ________ b) 230 Pa = kpa _______ c) 0,85 bar = kpa _______ d) 174 Pa = bar _______



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Un oggetto di legno ha massa pari a 476 g e volume pari a 0,54 m3. Qual è la densità del legno?


ρ =mV

[0,88 Kg/m3]

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Calcolare il volume occupato da 2,5 kg di una lega metallica avente una densità di circa 7,90 kg/m3.


[0,31 m3]

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Consumi energetici

Calcolare l’energia assorbita dei seguenti apparecchi relativamente al consumo e ai tempi di esericizi indicati:

100 W (3 ore) = 1W = 1J/s à 100 J/s x 10800 s = 1080000 J 1 kW (1,5 ore) = 0,2 MW (2 ore) =


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Una lampadina di 50 W è tenuta accesa per 7 ore. Quale sarà il consumo di energia ? Esprimere il risultato in MJ. Inoltre, ipotizzando un prezzo dell’energia elettrica pari a 0,17 €/kWh, calcolcare il costo dell’energia impiegata per il funzionamento della lampada.

Pel = 50 W

t = 7 h

t = 7 h = 7 x 60 x 60 = 25200 s Pel = 50 W = 50 J/s Eel = Pel x t = 50 x 25200 = 1260000 J à 1,26 MJ

Eel(kWh) = 0,05 (kW) x 7 (h)= 0,35 kWh

0,35 kWh x 0,17 €/kWh = 0,059 €

Consumi energetici


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All’interno di un’abitazione, un asciugacapelli da 2000 W viene acceso mediamente per circa 5 minuti al giorno. Nella stessa abitazione un router è acceso per 24 ore al giorno ed ha un consumo di circa 12 W. Calcolare il costo giornaliero dell’energia impiegata per il funzionamento di entrambi i dispositivi.

Consumi energetici

[asciugacapelli= 0,03 €; router= 0,04 €]


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Bilanci energetici

In uno scaldabagno elettrico entrano 1200 W di potenza elettrica. Considerando che parte dell’energia viene dispersa attraverso le pareti (circa 90 W), effettuare un bilancio dell’energia netta scambiata dalla resistenza all’acqua contenuta e calcolare l’energia interna immagazzinata dall’acqua in un’ora di esercizio.

Pel= 1200 W

Qdisp= 90 W

Eel= 1200 W x 3600 s = 4320000 J à 4320 kJ

Edisp= 90 W x 3600 s = 324000 J à 324 kJ

ΔU= 4320 – 324 = 3996 kJ


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Bilanci energetici

Un ventilatore in funzione assorbe una potenza elettrica P=800 W. Considerando che un’aliquota della potenza assorbita, 90 W viene dispersa nell’ambiente sottoforma di calore, calcolare la quantità di energia netta che viene trasformata in lavoro meccanico in 30 minuti di funzionamento.


[1278 kJ]

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Bilanci energetici

Uno frullatore da cucina assorbe una potenza elettrica P=600 W. Se solo 420 W sono trasformati in lavoro meccanico, cosa succede all’apparecchio durante il suo normale esercizio?


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•  Lettura del diagramma PT •  Proprietà dei gas ideali

PARTE 2


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Diagramma p-T Acqua Anno Accademico 2016-2017 Esercitazione di Fisica Tecnica

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Diagramma p-T Acqua T = 130°C p = 0.8 MPa


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Diagramma p-T Acqua T = 180°C p = 0.5 patm


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Diagramma p-T Acqua Anno Accademico 2016-2017 Esercitazione di Fisica Tecnica

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Lettura diagramma p-T

Acqua: 1. T=433 K, p=400 kPa; 2. T=393 K, p=2patm; 3. T=463 K, p=1.2 MPa.


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GAS IDEALI

All’ interno di una stanza sono presenti 75 m3 di aria alla temperatura di 35 °C e pressione di 0.1MPa (Raria= 0.287 kJ/kgK); Calcolare la massa di aria.

p·v= m·R·T

V= 75m3

T=35°C à 308 K P= 0.1MPa à 100 kPa

P x V = m x R x T

m= P x V/R x T

m= 100 x 75/ 0.287 x 308= 84.8 kg


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GAS IDEALI

Calcolare il volume occupato da una massa di aria di 50 kg alla pressione atmosferica e ad una temperatura di 0°C.


p·v= m·R·T

V=39,17 m3

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GAS IDEALI

In un sistema a pareti rigide e fisse sono contenuti 15,0 m3 di aria secca (R=0,287 kJ/kgK, cv= 0,713 kJ/kgK). L'aria secca è inizialmente alla temperatura di 310 K e alla pressione di 200,0 kPa; a partire dallo stato iniziale, l'aria secca viene raffreddata fino ad una temperatura di 18,0 °C. Valutare la pressione alla fine della trasformazione ed il calore scambiato tra l'aria secca e l'ambiente durante la trasformazione.


p·v= m·R·T

P2= 187 kPa;

Ricorda che:

ΔU =m ⋅cv ⋅ (T2−T1)

ΔU= 456 kJ;

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•  COP

•  Rendimento

•  Lettura del diagramma psicrometrico

•  Trasformazioni semplici dell’aria umida (lettura valori)


PARTE 3

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Un frigorifero ha un COP pari a 2. Quanta energia termica riesce a prelevare da un ambiente per ogni Joule speso come lavoro dal compressore??

Macchina Frigo

COP = QBL

COP=2 L= 1 J

QB = 2 x 1 = 2 W = 2 J/s


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Un frigorifero ha un COP pari a 3.2 e un consumo elettrico di 700 W. Qual’è la massima potenza termica che riesce a prelevare da un ambiente ?

Macchina Frigo

COP = QBL

COP=3.2 Qel= 700 W

QB = 3.2 x 700 W = 2240 W


1500

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Determinare il COP di una pompa di calore che fornisce a un ambiente una potenza termica di 3.2 kJ e con una spesa di L=1500 J.

Pompa di calore

COP = QA

LQA= 3200 J L= 1500 J

COP = 3200 J = 2,13


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In una pompa di calore, con COP pari a 4, quanto lavoro serve per cedere 5000 J di calore all'interno di una casa?.

Pompa di calore

L = 5000 J = 1250 J L = QA

COPCOP= 4 Q= 5000 J 4


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Una macchina termica converte con continuità 2000 kW termici in potenza meccanica. Se la quota di potenza termica scaricata in ambiente è pari a 1,5 MW, quale sarà il rendimento dell'impianto?? Qass= 2 MW

L = 0,5 MW η =

LQass

0,5 = 0,25 2

Macchina termica


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Quanto lavoro riesce a convertire in un ora di esercizio, una macchina termica che converte 1500 kW di potenza termica in potenza meccanica con un rendimento η=0,32 ? [MJ] Qass= 1500 kW η= 0,32

η =LQass

0,32 x 1500 kW = 480 kW L =η ×Qass

1 h = 3600 s 3600 x 480 kJ/s = 1.728.000 kJ 1728 MJ

Macchina termica


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Lettura del diagramma psicrometrico Ricorda che:


L’ordinata indica il titolo x

L’ascissa indica la temperatura di bulbo asciutto TBA

Le curve indicano l’umidità relativa U.R.

Indica il volume specifico v

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Aria umida Aria umida satura a 30°C ha una umidità assoluta pari a:

T=30

X =27,5g/kg


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Aria umida

Utilizzando il diagramma psicrometrico, aria umida a 20,0°C e volume specifico pari a 0,84 m3/kg ha una umidità relativa pari a ?

d) 20%


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Aria umida

Quanta massa di acqua possono contenere 3 kg di aria alla temperatura di 25°C ? d) 20%


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Aria umida

Una massa d’aria subisce un raffreddamento con deumidificazione, passando da una condizione 1, T= 30°, x=14g/kg, a una condizione 2 T=13°C. Determinare: 1)  La temperatura di rugiada nelle condizioni 1. 2)  Umidità assoluta nelle condizioni finali.


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Aria umida

Una massa d’aria subisce un riscaldamento a titolo costante, passando da una condizione 1 di T=18°C, x=12g/kg a una condizione 2 U.R.= 50%. Quale è la temperatura di bulbo asciutto nella condizione finale ?

d) 20%


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Aria umida

Una massa d’aria inizialmente nelle condizione 1 T=21°C, U.R. = 10%, subisce una umidificazione con vapore. Considerando costante la massa d’aria, qual’è la massa liquida da fornire per ogni kg di aria affinchè raggiunga nella condizione 2 una U.R. pari 50 %.

d) 20%


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Aria umida

In un locale è presente aria umida avente le seguenti caratteristiche : Tba = 27°C, U.R. 50%. Le pareti del locale si trovano a una temperatura di 21°C. A causa dell’aumento di persone presenti nel locale, l’umidità relativa sale fino all’ 80%. Valutare la presenza di condensa sulle pareti del locale nelle condizioni iniziali e finali.

d) 20%


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