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] p. 1/3 D.I.E.N.C.A. - Dipartimento di Ingegneria Energetica, Nucleare e del Controllo Ambientale Alma Mater Studiorum - Università di Bologna 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 p. 2/3 D.I.E.N.C.A. - Dipartimento di Ingegneria Energetica, Nucleare e del Controllo Ambientale Alma Mater Studiorum - Università di Bologna 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. p. 3/3