Soluzioni delle domande a risposta multipla

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
1
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)
b)
c)
d)
dal fluido caldo al fluido freddo
dal fluido freddo al fluido caldo
uscente dallo scambiatore di calore verso l’ambiente esterno
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
i due cicli sono uguali
è migliore il ciclo B
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
2
15 – L’exergia dell’azoto a 800 K e 100 bar, supponendo Ta = 280 K e Pa = 1 bar, è
prevalentemente associati:
a)
b)
c)
d)
allo squilibrio termico
allo squilibrio di pressione
non si può dire con i dati disponibili
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
C4H10
C3H8
18 – In termini massici, è maggiore l’exergia chimica di:
C2H6
CH4
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)
b)
c)
d)
sempre minore del calore
sempre maggiore del calore
maggiore o minore del calore in funzione del livello termico della sorgente
sempre nullo poiché il livello termico della sorgente è inferiore a Ta
3
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
4
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
10 m3/s
96 t/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
5
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
6
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
7
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)
b)
c)
d)
energia termica e successivamente in energia elettrica
direttamente in energia elettrica
in energia meccanica e poi in energia elettrica
in energia termica, poi in energia meccanica e infine in energia elettrica
8
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
9
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
10
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)
b)
c)
d)
non c’è, perché non serve
è il metallo con cui è fatto l’elemento di combustibile
è il refrigerante stesso
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%
11
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
12
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%
13
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
14
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
generatore, trasformatore e linea elettrica
non importa: l’effetto è sempre il medesimo
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
L’ebollizione c’è sempre
C’è rischio di ebollizione
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
15
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
16
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
17
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
18
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
19
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%
20
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
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