GAS IDEALI
Esercizio 1
Dell’ossigeno, supposto gas ideale con k = 1.4 cost, evolve secondo un ciclo costituito
dalle seguenti trasformazioni reversibili:
- Compressione isoterma dallo stato 1 (p1 = 0.9 bar; v1 = 0.88 m3/kg) allo stato 2;
- trasformazione isocora da 2 a 3 (p3 = 21.5 bar);
- espansione politropica di esponente n = 1.32 da 3 a 1.
Determinare, con riferimento all’unità di massa del fluido:
a) La temperatura massima e minima del ciclo;
b) La quantità di calore scambiata lungo le singole trasformazioni;
c) Il rendimento di Io principio del ciclo;
d) Le quantità di lavoro scambiate nelle singole trasformazioni.
Esercizio 2
Un gasometro (contenitore a pressione costante e volume variabile), inizialmente vuoto,
viene alimentato da una bombola, attraverso un rubinetto riduttore di pressione, con gas
elio. L’elio si può considerare, in questo processo, come gas ideale a calori specifici
costanti, con k = 1.665 e massa molecolare M = 4.003 kg/kmol. La bombola ha volume
V = 0.7 m3 ed all’inizio del processo contiene gas alla pressione p= 80 ata e temperatura
t = 27°C. Alla fine del processo, che può considerarsi ovunque adiabatico, la pressione del
gas nella bombola e nel gasometro è p = 1 ata (pari alla pressione atmosferica esterna).
Valutare, considerando quasi-statica l’espansione del gas residuo nella bombola:
1. La massa mg di gas fluita nel gasometro;
2. La temperatura tg del gas nel gasometro alla fine del processo (ad equilibrio raggiunto).
PRIMO PRINCIPIO
Esercizio 1
Determinare la variazione di energia interna di un sistema che riceve una quantità di
calore di 30 kcal ed, espandendosi, compie un lavoro pari a 6000 kgf m.
Esercizio 2
Un sistema passando dallo stato 1 allo stato 2 lungo la trasformazione 1A2 assorbe Q =
50 kcal e fa un lavoro L = 25 kcal. Se invece segue la trasformazione 1B2, è Q = 30 kcal.
a) Quanto vale L lungo la
trasformazione 1B2 ?
b) Se L = -15 kcal ritornando da 2 a 1
lungo la linea curva in figura, quanto
vale Q per questa trasformazione ?
c) Se U1 = 5 kcal, quanto vale U2 ?
d) Se UB = 27 kcal, quanto vale Q per
la trasformazione 1B ? E per B2 ?
Tutte le trasformazioni sono quasi statiche
ed il sistema compie solo lavoro di
variazione di volume.
Nota: Esprimere tutti i risultati in unità del
sistema S.I.
Esercizio 3
Scambiatore acqua –acqua: lato freddo tfe = 15°C, tfu = 20°C, lato caldo tce = 90°C,
tcu = 70°C, portata lato caldo mc = 50 kg/s. Si calcoli la portata lato freddo.
Esercizio 4
Nell’impianto di figura una serpentina riscalda un ambiente raffreddando una portata
d’acqua m& 3 = 2 kg/s da 70°C a 60°C; la caldaia riscalda una portata d’acqua m 2 dai
60°C ad 80°C; la regolazione è effettuata mediante ricircolo m1 di acqua a 60°C che
consente di avere t = 70°C a monte della serpentina. Calcolare m2 ed m1.
Esercizio 5
Scaldabagno domestico elettrico, assunto perfettamente isolato.
P = 1.5 kW; V = 80 l
Determinare il tempo necessario per
portare l’acqua, inizialmente a 10°C, a 60°C.
Esercizio 6
Scaldabagno domestico elettrico “istantaneo”. P’ = 2 kW; Te = 10°C ; tn = 50°C
Determinare la portata massima ipotizzando lo scaldabagno perfettamente isolato
termicamente (adiabatico) e trascurando eventuali variazioni di energia cinetica e
potenziale.
Esercizio 7
Una portata m = 500 lb/min di liquido con densità r = 1000 kg/m3 si evolve, con
deflusso, attraverso un sistema aperto dalle condizioni di ingresso, caratterizzate da T1=40
kcal/kg e p1 = 5 ata a quelle di uscita, caratterizzate da T2 = 42 kcal/kg e p2 = 1 ata.
La quota geodetica rimane inalterata, mentre la velocità passa da w1 = 300 ft/s
(all’ingresso) a w2 = 50 ft/s (all’uscita).
Il sistema scambia lavoro con l’esterno e riceve un flusso termico q = 23000 kcal/h.
Si trovi la potenza utile sviluppata dal sistema, nonché quella dissipata dalle forze d’attrito.
Esprimere tutti i dati in unità S.I.
ENERGIA MECCANICA E SISTEMI TERMODINAMICI
Esercizio 1
Si consideri un impianto di pompaggio che colleghi due serbatoi a quote diverse, del quale
si conoscono i seguenti dati:
Portata d’acqua m = 10000kg/h
Salto geodetico H = 80 m
Lunghezza condotti L = 200 m
Diametro condotti D = 4 cm
Coefficiente d’attrito f = 0.02
Si calcoli la potenza fornita al fluido dalla pompa.
Esercizio 2
Si abbia un recipiente contenente acqua a p1=150 bar. Se si crea una apertura nel
recipiente, a quale altezza potrebbe arrivare, nel caso ideale, il getto d’acqua ?
ARIA UMIDA
Pressione di saturazione:
Temperatura di rugiada:
Esercizio 1
In un ambiente di 64.3 m3 vi è dell’aria alla pressione di 760 mm Hg alla temperatura di
20°C e con un’umidità relativa j = 0.64.
Determinare, ricorrendo prima al diagramma psicrometrico e poi all’approccio analitico:
a) Il titolo (umidità specifica) dell’aria;
b) La quantità di vapore contenuta nell’ambiente.
Esercizio 2
Una portata d’aria V 400m3/h, alla pressione p = 101.325 kPa, viene riscaldata, a
pressione e titolo costanti, a tu = 40°C. L’aria entra nello scambiatore di calore ad una
temperatura te = 10°C e grado igrometrico je = 0.9.
Calcolare la potenza della batteria di scambio termico.
Esercizio 3
In un essiccatore, operante al livello del mare, viene introdotta dell’aria la cui temperatura,
misurata con il termometro a bulbo secco, vale 22°C, mentre il termometro a bulbo umido
indica 17°C. Prima di lambire il materiale da essiccare, l’aria viene riscaldata
sino alla temperatura di 90°C.
A contatto con il materiale da essiccare l’aria si raffredda, attraverso un processo di
saturazione adiabatica, ed esce dall’essiccatore con j = 100%.
Determinare:
a) Titolo, grado igrometrico e temperatura di rugiada all’ingresso;
b) La quantità di calore necessaria per riscaldare 1 kg di aria fino a 90°C;
c) La quantità di acqua asportata dal materiale da essiccare, da 1 kg di aria;
d) La temperatura di uscita dell’aria dall’essiccatore,
Procedere utilizzando, ove possibile, sia il diagramma psicrometrico per temperature
normali, che l’approccio analitico.
