Università degli Studi di Cagliari

Università degli Studi di Cagliari
Corsi di Studio in Ingegneria Chimica, Elettrica e Ambientale
CORSI DI MACCHINE E SISTEMI ENERGETICI
E DI TERMODINAMICA E MACCHINE
A.A. 2016/2017 --- Esercitazione N. 1
Problema N. 1
Il serbatoio di una automobile avente volume interno di 50 litri contiene metano (CH4) allo stato
gassoso. Il manometro e il termometro installati sul serbatoio indicano una pressione interna di 15 bar e
una temperatura di 5 °C. Valutare la quantità di metano contenuta nel serbatoio. Nel corso della
giornata, la temperatura aumenta successivamente fino a 25°C, valutare la pressione finale all’interno
del serbatoio e la quantità di calore scambiata con l’esterno (si assuma un Cv pari a 1,73 kJ/kgK).
Massa di gas
Pressione finale
Calore scambiato
___________ [kg]
________ [bar]
_________ [kJ]
Problema N. 2
Un boiler elettrico ha una capacità di 80 litri e viene utilizzato per riscaldare acqua (si assuma un calore
specifico pari a 4,187 kJ/kgK). Il boiler impiega 3 ore per riscaldare l'acqua da 15 °C a 60 °C. Assumendo
dapprima l'ipotesi di assenza di dispersioni termiche verso l’esterno, valutare la potenza della resistenza
elettrica e il consumo energetico. Successivamente, valutare la potenza della resistenza elettrica e il
consumo energetico in presenza di una dispersione termica verso l’esterno pari a 100 W.
Senza dispersione termica
Energia elettrica
Potenza resistenza
Con dispersione termica
Energia elettrica
Potenza resistenza
________ [kWh]
________ [kWh]
_________ [W]
_________ [W]
Problema N. 3
Determinare il diametro della tubazione necessaria per trasportare una portata d’acqua (densità pari a
1000 kg/m3 e calore specifico 4187 J/kgK) di 60 litri/minuto assumendo una velocità di progetto di 1,5
m/s. La tubazione presenta una dispersione termica verso l’esterno pari a 8 kW. Determinare la
temperatura d’uscita dell’acqua nel caso in cui la temperatura di ingresso sia pari a 45 °C. Ripetere le
valutazioni nel caso di trasporto di olio diatermico (densità 850 kg/m3 e calore specifico 2000 J/kgK).
Acqua
Diametro tubazione
Temperatura di uscita
__________ [mm]
A.A. 2016-2017
___________ [°C]
Olio diatermico
Diametro tubazione
Temperatura di uscita
__________ [mm]
Esercitazione N. 1
Nome e Cognome: ___________________________
___________ [°C]
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Matricola: ______________
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Problema N. 4
Una caldaia produce 2 m3/h di acqua calda a 80 °C che viene miscelata con 4 m3/h acqua fredda
proveniente dalla rete idrica a 15 °C. Calcolare la portata e la temperatura dell'acqua a valle del
miscelatore.
Portata
Temperatura
________ [m3/h]
_________ [°C]
Problema N. 5
Un compressore viene utilizzato per elaborare una portata pari a 10 m3/s di aria, che si può assumere
caratterizzata da una massa molare di 28,84 kg/kmol e da un calore specifico a pressione costante di 1,0
kJ/kgK. Nella sezione di ingresso del compressore viene misurata una temperatura di 25 °C e una
pressione di 1 bar, mentre nella sezione d’uscita viene misurata una temperatura di 350 °C e una
pressione di 10 bar. Valutare la portata massica d’aria e la potenza richiesta dal compressore. Valutare
inoltre le velocità dell’aria nelle sezioni di ingresso e di uscita, nel caso in cui il diametro di tali sezioni sia
rispettivamente pari a 80 cm e 35 cm.
Portata d’aria
Potenza
Velocità ingresso
Velocità uscita
__________ [kg/s]
___________ [kW]
___________ [m/s]
___________ [m/s]
Problema N. 6
Uno scambiatore di calore viene utilizzato per riscaldare 20 kg/s di acqua da 15 a 80 °C mediante il
raffreddamento di una portata pari a 25 kg/s di azoto (per il quale si assuma un calore specifico Cp
costante e pari a 1,1 kJ/kg K) disponibile inizialmente alla temperatura di 350 °C. Le perdite di calore
verso l’esterno sono pari a 400 kW. Calcolare la temperatura dell’azoto all’uscita dello scambiatore, la
potenza termica ceduta dall'azoto e quella ricevuta dall’acqua.
Temperatura azoto
Potenza termica azoto
Potenza termica acqua
___________ [°C]
___________ [kW]
___________ [kW]
Problema N. 7
Una turbina a vapore elabora una portata di vapore pari a 100 kg/s. All'ingresso della turbina viene
misurata una temperatura di 500 °C e una pressione di 60 bar, mentre all'uscita della turbina viene
misurata una temperatura di 315 °C e una pressione di 15 bar. Valutare la produzione giornaliera di
energia (24 ore). Sapendo poi che la potenza prodotta dalla turbina a vapore è di 37,0 MW, valutare la
potenza termica dispersa nell'ambiente per cattivo isolamento.
A.A. 2016-2017
Produzione giornaliera
Potenza persa
_________ [kWh/giorno]
___________ [kW]
Esercitazione N. 1
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