Esercitazione 1

Esercitazione di Fisica Tecnica
Anno Accademico 2016-2017
Prof. Ing. L. Maffei
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Anno Accademico 2016-2017 - Esercitazione di Fisica Tecnica
Anno Accademico 2016-2017
Esercitazione di Fisica Tecnica
PARTE 1
•  Grandezze e unità di misura
•  Consumi energetici
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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 =
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Grandezze e unità di misura
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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Grandezze e unità di misura
Convertire in chilogrammi le seguenti masse:
a)  4500 g =
b) 0,0008 mg =
c) 78 hg =
d) 13,5 Mg =
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Grandezze e unità di misura
Convertire in secondi i seguenti tempi:
a)  40 h =
b) 56 min =
c) 120 ms =
d) 12 h =
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Grandezze e unità di misura
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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Grandezze e unità di misura
Un oggetto di legno ha massa pari a 476 g e volume pari a 0,54
m3. Qual è la densità del legno?
m
ρ=
V
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[0,88 Kg/m3]
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Grandezze e unità di misura
Calcolare il volume occupato da 2,5 kg di una lega metallica
avente una densità di circa 7,90 kg/m3.
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[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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Consumi energetici
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=7h
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 €
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Consumi energetici
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.
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[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.
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[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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PARTE 2
•  Lettura del diagramma PT
•  Proprietà dei gas ideali
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Diagramma p-T Acqua
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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
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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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p·v= m·R·T
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.
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V= 75m3
PxV=mxRxT
T=35°C à 308 K
m= P x V/R x T
P= 0.1MPa à 100 kPa
m= 100 x 75/ 0.287 x 308= 84.8 kg
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p·v= m·R·T
GAS IDEALI
Calcolare il volume occupato da una massa di aria di 50 kg alla pressione
atmosferica e ad una temperatura di 0°C.
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V=39,17 m3
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p·v= m·R·T
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.
Ricorda che:
ΔU = m ⋅ cv ⋅ (T 2 − T1)
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P2= 187 kPa;
ΔU= 456 kJ;
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PARTE 3
•  COP
•  Rendimento
•  Lettura del diagramma psicrometrico
•  Trasformazioni semplici dell’aria umida (lettura valori)
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Macchina Frigo
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??
COP=2
L= 1 J
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QB
COP =
L
QB = 2 x 1 = 2 W = 2 J/s
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Macchina Frigo
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 ?
COP=3.2
Qel= 700 W
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QB
COP =
L
QB = 3.2 x 700 W = 2240 W
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Pompa di calore
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.
QA= 3200 J
L= 1500 J
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QA
COP =
L
COP = 3200 J = 2,13
1500
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Pompa di calore
In una pompa di calore, con COP pari a 4, quanto lavoro serve per cedere 5000 J di
calore all'interno di una casa?.
COP= 4
Q= 5000 J
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L=
QA
COP
L = 5000 J = 1250 J
4
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Macchina termica
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??
0,5 = 0,25
L
Q = 2 MW
ass
L = 0,5 MW
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η=
Qass
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Macchina termica
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
L
η=
Qass
1 h = 3600 s
31
L = η × Qass
3600 x 480 kJ/s = 1.728.000 kJ
0,32 x 1500 kW = 480 kW
1728 MJ
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Lettura del diagramma psicrometrico
L’ordinata indica il titolo x
Ricorda che:
Indica il volume specifico v
Le curve indicano l’umidità relativa U.R.
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L’ascissa indica la temperatura di bulbo asciutto TBA
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Aria umida
Aria umida satura a 30°C ha una umidità assoluta pari a:
X =27,5g/kg
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T=30
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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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