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FISICA TECNICA 1 – ESERCITAZIONE # 3 – 23-10-2009
1. In un sistema aperto aria da considerarsi gas perfetto evolve secondo un ciclo di Carnot tra le temperturae
(T1 = 300 K e T2 = 1200 K). Il compresore aspira 8·106 m3·h-1 alla pressione di 1 bar. Sapendo che la
potenza prodotta dall’impianto è pari a 250MW determinare: il rendimento del ciclo la portata d’aria
circolante nell’impianto, la potenza termica spesa e gli stati termodinamici. Infine, Sapendo che il calore
adottoderiva dalla combustione di metano (Hi=51.44MJ·kg-1), determinare la portata di combustibile
bruciata e la conseguente portata di anidride carbonica emessa.
2. Un sistema aperto evolve secondo le seguenti trasformazioni (Ciclo Ericsson):
1-2:
compressione isoterma
2-3:
riscaldamento isobaro
3-4:
espansione isoterma
4-1:
raffreddamento isobaro.
Sapendo che il rapporto tra la temperatura massima e minima del ciclo è pari a 4 e che il rapporto tra la
pressione massima e minima del ciclo è pari a 10, determinare il rendimento del ciclo. Sapendo che il lavoro
specifico prodotto è pari a 600 kJ·kg-1, determinare la temperatura massima e minima del ciclo e il calore
assorbito per unità di massa. Infine ipotizzando che le fasi di adduzione e sottrazione di calore isobare
avvengano all’interno di un ambiente isolato dall’esterno in cui il fluido si riscalda per mezzo del calore
ceduto da se stesso durante il raffreddamento isobaro (Rigenerazione) calcolare il rendimento del ciclo e il
calore assorbito dall’esterno. Il rendimento di rigenerazione sia pari al 90%.
3. Un sistema chiuso effettua il seguente ciclo motore: motore funzionante secondo un ciclo Otto ideale
1-2:
compressione adiabatica
2-3:
riscaldamento isocoro
3-4:
espansione adiabatica
4-1:
raffreddamento isocoro.
le condizioni di aspirazione sono 1 bar e 300 K, la pressione massima del ciclo è di 70 bar mentre la
temperatura di fine espansione è pari a 700 K. Calcolare il rendimento, il lavoro netto e i punti
caratteristici del ciclo (p-v-T).
4. Dell’ossigeno compie ciclicamente le seguenti 4 trasformazioni:
1-2:
isocora tra le temperature di 20 °C e 2300 °C
2-3:
isoterma a 2300 °C
3-4:
adiabatica reversibile fino alla temperatura di 20 °C
4-1:
isoterma a 20 °C
Sapendo che durante il ciclo il calore assorbito per unità di massa è di 2000 kJ/kg, graficare sui piani p-v e
T-s il ciclo e calcolare per ogni trasformazione i calori e i lavori per unità di massa scambiati, dandone
l’espressione letterale in funzione dei dati forniti e i valori numerici approssimati. Calcolare, inoltre, le
espressioni esatte della traccia termodinamica e del rendimento e paragonare quest’ultimo al rendimento per
un ciclo di Carnot operante tra le medesime temperature estreme. Fornirne, infine, il valore numerico.
5. un sistema aperto contiene aria che evolve secondo la legge
pv
p
 1  K  4 evolve seguendo una
RT
T
trasformazione isoterma (T1 = 235 K) tra le pressioni di 1 e 4 bar.
Determinare le variazioni di entropia e di entalpia connessa alla trasformazione e il calore e il lavoro
scambiato durante questa.
(K’=13.5 ·K4·Pa-1, R=287.7 J/K)