Fisica Tecnica Ambientale

D.I.E.N.C.A. - Dipartimento di Ingegneria Energetica, Nucleare e del Controllo Ambientale
Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Corso di Laurea in Ingegneria Edile-Architettura – A.A. 2012-13
Insegnamento di Fisica Tecnica Ambientale – Prof. Massimo Garai
Nome e Cognome:….…………………………………..………..Matricola N.: ……………………
PROVA PARZIALE DI TERMODINAMICA – COMPITO N.
1.
3 RISOLTO
Una colonna di mercurio è alta 1 m. Qual è l’altezza di una colonna d’acqua che produce la
stessa pressione ? (ρHg=13600 kg/m3) [punteggio = 3]
hH2O = …….... [m]
Soluzione:
p = ρ H 2O ghH 2O = ρ Hg ghHg ⇒
hH 2O =
ρ Hg hHg 13600 ⋅ 1
= 13,6 [m]
≈
1000
ρH O
2
2.
L’entalpia di un sistema è: [punteggio = 3]
una proprietà di stato estensiva
una grandezza dipendente dal percorso per sistemi non adiabatici
la somma di tutte le forme microscopiche di energia del sistema
tale che la sua variazione è pari alla somma algebrica delle quantità di calore e lavoro
scambiate dal sistema
la somma di tutte le forme macroscopiche di energia del sistema
Soluzione:
È vera solo la n. 1.
3.
Ad una massa Ma = 99 kg di aria alla temperatura T = 20 °C viene somministrata la potenza
termica Q = 3 kW durante una trasformazione isobara della durata di 33 minuti. Calcolare
l’aumento di temperatura dell’aria alla fine del processo. [punteggio = 6]
ΔT = ………. [°C]
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Soluzione:
M a c pa ∆T
⇒
Q =
∆t
3000 ⋅ 33 ⋅ 60
Q ∆t
≈ 59,7 [°C]
≈
∆T =
99 ⋅ 1005
M a c pa
4.
Calcolare con tre cifre significative il rendimento di secondo principio η 2 di una macchina
termica operante tra due sorgenti di calore alle temperature di T1 = 200 °C e T2 = 30 °C
sapendo che il rendimento di primo principio vale η1 = 0,20 . [punteggio = 3]
η 2 = ……….
Soluzione:
η2 =
0,20
η1
≈ 0,556
≈
η1C 1 − 273 + 30
273 + 200
5.
Una macchina di Carnot funziona prelevando 1 kJ di calore da un serbatoio di energia termica
alla temperatura di 800 K, producendo un lavoro di 600 J e cedendo 400 J di calore ad un
serbatoio di energia termica alla temperatura di 200 K. Calcolare l’aumento di entropia
dell’universo. [punteggio = 3]
ΔStot = ………. [J/K]
Soluzione:
∆Stot =
6.
− Q1
T1
+
Q2
T2
=
− 1000 400
+
≈ 0,75
800
200
J
 K 
Trattando dei sistemi aperti, si definisce la pressione di ristagno come: [punteggio = 3]
la somma del carico cinetico e di quello piezometrico
la prevalenza moltiplicata per la densità del fluido
la somma della pressione e dell’energia potenziale per unità di volume
la somma della pressione e delle perdite di carico
la somma del carico cinetico e della pressione termodinamica statica
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Soluzione:
È vera solo la n. 5: pr = p + ρ
7.
W2
2
Si deve trasportare una portata d’acqua M = 20 kg/s per una distanza L = 900 m entro una
tubazione orizzontale di diametro D = 0,08 m. Assumendo che la viscosità cinematica
dell’acqua sia ν = 1,79 ⋅ 10 −6 m 2 /s e che valga la relazione per tubi lisci di Weissbach
ξ = 0,184 Re −0, 2 , calcolare la differenza di pressione necessaria con quattro cifre significative.
[punteggio = 6]
∆p = .......... [kPa ]
Soluzione:
W22 − W12
p − p1
+ g (z 2 − z1 ) + 2
+ R − l 'u = 0 ⇒ p1 − p2 = ρR
ρ
2
M
20
W=
≈
≈ 3,98 m/s
2
ρπD / 4 1000 ⋅ π 0,082 / 4
WD 3,98 ⋅ 0,08
≈
≈ 177 ⋅827
Re =
−6
ν
1,79 ⋅ 10
ξ = 0,184 Re −0, 2 ≈ 0,184 ⋅ 177 ⋅827 −0, 2 ≈ 0,0164
p1 − p2 = ρR = ρξ
8.
L W2
900 3,98 2
≈ 1000 ⋅ 0,0164
≈ 1⋅ 460⋅364 Pa ≈ 1460 kPa
D 2
0,08 2
Secondo la regola delle fasi di Gibbs, per lo iodio solido che sublima: [punteggio = 3]
la varianza vale uno
le fasi presenti sono tre
la varianza vale due
il punto triplo non è definito
la varianza dipende dai rapporti tra le masse delle diverse fasi
Soluzione:
È vera solo la n. 1.
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