Guida per principianti all Energia e alla Potenza

Transcript

1 Guida per principianti all Energia e alla Potenza Perchè informarsi sull energia e la potenza? La risposta è perché tutti noi consumiamo energia nella nostra vita di tutti i giorni per il riscaldamento, il raffrescamento, la cucina, la pulizia e l'igiene personale. È essenziale per il nostro benessere. Si tratta di un bene costoso che, a quanto pare, aumenteà di prezzo, ben oltre il tasso di inflazione, ogni anno. Tuttavia, se si capisce dove e perché la usiamo, saremo in grado di controllarla. INDICE 1. Energia 2. Quanta energia è 1 kwh? 3. Energia nei combustibili 4. Potenza 5. Quanta Potenza è 1 kw? 6. Il rapporto energia-potenza 7. Esempi 8. Conclusione Quiz veloce 1

2 1. ENERGIA Che cos è l energia? La gente dice di avere energia quando si sente in grado di andare in giro a fare molte cose. Questa non è una definizione sbagliata. Molti tipi di energia sono associati col movimento come per esempio il moto del vento, le maree e le onde. Si può pensare al calore come alla misura del movimento delle molecole. Possiamo pensare all energia elettrica come il moto degli elettroni lungo un filo. *I carburanti sono un po più sottili poichè la loro energia è legata alla fabbricazione ed alla rottura delle connessioni (legami) tra le molecole.] Quindi, in generale, l energia è la capacità di compiere lavoro. Come spesso accade, le unità di energia prendono il nome da un ricercatore il cui contributo alla particolare materia è fondamentale per la sua comprensione. Scienziato e birrificatore, James Joule ( ) ha trascorso l intera carriera (35 anni) ad esaminare varie forme di conversione di energia con una precisione molto maggiore di quanto avessero fatto i suoi predecessori. L'unità internazionalmente (non statunitense) riconosciuta di misurazione dell energia è quindi il Joule da cui prende il nome. Il Joule è l'unità di energia utilizzata da scienziati e ingegneri. 1 Joule è una piccola quantità di energia e quindi un altra unità, il chilowattora (abbreviato in kwh ) è più comune. Le fatture energetiche dai fornitori di servizi sono di solito espresse in termini di numero di kwh che avete consumato. 2

3 *Vi è una conversione da kwh a Joule (1 kwh = 3,6 milioni di joule), ma è improbabile che sia necessario questo] 3

4 2. QUANTA ENERGIA E 1 kwh? Per intenderci, 1 kwh di energia, di solito, offre: 2 giorni di utilizzo di una piccola lampadina fluorescente compatta 10 ore di utilizzo di un televisore LCD 5 ore di utilizzo di un PC fisso 4 ore di utilizzo di un televisore al plasma 60 minuti di taglio dell erba 30 minuti di utilizzo del forno a microonde 6 minuti sotto la doccia (a getto massimo) 4 minuti di una caldaia domestica (a potenza massima continua) 100 secondi di utilizzo di una piccola vettura (a potenza massima continua) I produttori di alcuni elettrodomestici da cucina come lavatrici e frigoriferi ora citano il consumo 'tipico' annuo di energia (kwh / anno) dei loro prodotti. 4

5 Per esempio: - Piccoli frigoriferi: 150kWh/anno Lavatrici a 6 kg di carico: 200kWh/anno Piccole lavastoviglie: 250kWh/anno Frigoriferi: 300kWh/anno [Per le asciugatrici, i produttori amano parlare del consumo di energia per ciclo. I valori di 3-5 kwh / ciclo sono comuni] Gli esempi citati sopra sono da intendersi per le nuovi apparecchi, ben mantenuti. Apparecchi più vecchi di 5 anni possono avere consumi energetici significativamente superiori a quelli illustrati. I dati non possono essere rilevanti per le persone con stili di vita atipici. 5

6 3. ENERGIA NEI COMBUSTIBILI Storicamente, abbiamo acquisito la nostra energia in gran parte dal consumo di combustibili fossili, quindi fermatevi un minuto ad esaminare e confrontare le fonti di combustibili in termini di quantità di energia (kwh) contenuta per unità di sorgente acquistata e lo troverete interessante. Alcune indicazioni (utilizzando i valori medi) sono riportate qui di seguito. 1 kg di antracite 10 kwh 1 kg di carbone 10.3kWh 1m 3 di gas naturale 10.8kWh 1 litro di benzina 9.4 kwh 1 litro di carburante diesel 11.1kWh 1 litro di gasolio 11.4kWh 1 litro of olio combustibile 12.2kWh Per intenderci, 1kg di un combustibile da fonti rinnovabili come la biomassa legnosa potrebbe contenere mediamente circa 4kWh. Il prezzo del contenuto energetico è un concetto interessante. Per esempio, un litro di carburante diesel contiene circa il 18% in più di energia rispetto ad 1 litro di benzina e il suo prezzo alla pompa di carburante è inferiore a quello della benzina. 6

7 4. POTENZA La Potenza è una misura di quanto velocemente si sta facendo un lavoro o utilizzando l'energia. Anche in questo caso, le unità di misura della potenza prendono il nome da un ricercatore il cui contributo alla particolare materia è fondamentale per la sua comprensione, L'unità internazionalmente (non statunitense) riconosciuta di misurazione della potenza è il Watt. Ingegnere e inventore scozzese, James Watt ( ) ha lavorato presso l Università di Glasgow, Regno Unito, per riparare un modello della macchina a vapore più avanzata del suo tempo, il motore di Newcomen. Watt ha ideato una serie di miglioramenti termici e meccanici per il motore che migliorano l'efficienza del 300%, consentendole di poter essere universalmente adottata ovunque la potenza meccanica fosse necessaria. Ad un epoca precedente all'elettricità, il suo contributo alla produzione di energia è stato rivoluzionario. Un Watt è un dispendio energetico di 1 Joule al secondo. 1 Watt non è una grande quantità di potenza. Un suo multiplo, il chilowatt, è comunemente usato. 1chilowatt = 1000Watts Il termine chilowatt è spesso ulteriormente abbreviato in kw. Convertire dai Watt ai kw è semplice basta dividere per 1000 Per esempio: 500 Watts = 500/1000 = 0.5kW (or ½ kw) 2000 Watts = 2000/1000 = 2kW 7

8 5. QUANTA POTENZA E 1kW? Il valore della potenza nominale è comunemente riportato sui dispositivi e sugli apparecchi a consumo energetico [e generatori di energia] e ci dice qualcosa su quanto velocemente l'energia venga utilizzata [o prodotta]. Cercate un piccola piastrina o un adesivo di solito sul retro o sul fondo dell'apparecchio. Un aspirapolvere Un bollitore Un tostapane elettrico Esempi della potenza nominale sui dispositivi domestici quotidiani [Si possono dedurre molte informazioni da esse, a volte, ma siamo solo alla ricerca di un numero seguito da Watts, W o kw] In alternativa, date un'occhiata alle istruzioni del fabbricante. Di solito hanno una tabella di informazioni. 8

9 A titolo di esempio, i valori di potenza nominale medi di alcuni comuni dispositivi domestici sono i seguenti: Apparecchio Televisore con schermo al LED 32 (80cm) Piccole ventole di raffrescamento Computer portatili Televisore con schermo LCD 32 (80cm) Televisore 3D al plasma 60 (150cm) Mixer Computer fissi Frullatori Robot da cucina Tostapane elettrico Macchinette per il caffé Tosaerba Asciugacapelli Aspirapolvere Ferro da stiro Forno a microonde (800W) Bollitori Ventilatore portatile elettrico e termoconvettori Piccole caldaie domestiche Potenza nominale 30 50W 30 50W 50 W 50 80W 180W W W W W 1500W 1500W 1-1.7kW kW kW kW kW kW kW 10-15kW Guardate il valore del forno a microonde. È interessante ed è qualcosa a cui pensare. I produttori di forni a microonde di solito indicano che essi hanno una potenza di 650W, 800W o 900W. Tuttavia, questa è solo la potenza del microonde. Il forno può consumare energia elettrica ad una potenza di più di 2000Watts (2 kw ). Riuscite a immaginare perché? *Risposta: Si utilizza anche l'elettricità per ruotare il piatto e tenere la luce accesa. Inoltre non può convertire l'elettricità in microonde in maniera molto efficiente]. 9

10 6. IL RAPPORTO ENERGIA POTENZA L Energia e la potenza sono interconnesse. L'applicazione di potenza per un tempo determinato comporterà il consumo di energia. Siamo in grado di prevedere la quantità di energia che un elettrodomestico consuma abbastanza facilmente se ci ricordiamo di prendere le unità (kwh, kw e ore) corrette. Non è più difficile moltiplicare due numeri *e utilizzare una calcolatrice non è barare!] Il legame tra ciò che appare sull etichetta (kwh) e la potenza nominale (kw) su un apparecchio sono: Energia (kwh) = Potenza (kw) x tempo di utilizzo (ore) *Se conoscessimo il costo dell energia (Euro/kWh) si potrebbe continuare a prevedere l importo delle nostre bollette energetiche.] Alcuni piccoli esempi di come utilizzare questo rapporto fugheranno ogni dubbio. 10

11 7. ESEMPI Domanda 1 Un termoconvettore elettrico con una potenza nominale di 1kW viene lasciato acceso per 1 ora. Quanta energia (kwh) consumerà? [Notiamo che le unità siano tutte corrette ] Poi Energia (kwh) = Potenza (kw) x tempo di utilizzo (ore) = 1 x 1 = 1kWh 11

12 Domanda 2 Un termoconvettore elettrico con potenza nominale di 1kW viene lasciato acceso per 30 minuti. Quanta energia (kwh) consumerà? [Notiamo che il tempo di utilizzo è espresso in minuti. - Dobbiamo convertirlo in ore] 30 minuti = ½ ora Poi Energia (kwh) = Potenza (kw) x tempo di utilizzo (ore) = 1 x 1/2 = ½ kwh 12

13 Domanda 3 Una lampadina fluorescente compatta con una potenza di 20Watt viene lasciata accesa per 8 ore. Quanta energia (kwh) consumerà? [Notiamo che la potenza è espresso in Watt. - Dobbiamo convertirla in kw dividendo per 1000 Potremmo voler utilizzare una calcolatrice, ma non abbiamo bisogno di tornare a scuola, la calcolatrice sul vostro cellulare sarà probabilmente sufficiente!] 20 Watts = 20/1000 = 0.02kW Poi Energia (kwh) = Potenza (kw) x tempo di utilizzo (ore) = 0.02 x 8 = 0.16kWh 13

14 8. CONCLUSIONE La potenza (misurata in chilowatt) e l energia (misurata in chilowattora o Joule) non sono identiche o intercambiabili. Tuttavia la loro conversione è relativamente semplice con un po di pratica. OK questo è tutto per questo modulo formativo. Che cosa potete fare ora? Vedete se riuscite ad individuare la potenza nominale su uno qualsiasi dei vostri apparecchi che consumano energia in casa. Questa informazione può essere visibile sull'apparecchio o forse dalle istruzioni del produttore. Forse, per 1 giorno, si potrebbe tenere un diario energetico delle vostre abitudini, per esempio, quello che accendete, quando lo accendete e per quanto tempo è stato acceso. Potreste fare il quiz veloce di seguito (a scopo puramente ludico) per testare la vostra conoscenza di Energia e Potenza. Buona fortuna! 14

15 Author Neil Packer is a Chartered engineer and Senior lecturer at the Faculty of Computing, Engineering and Science, Staffordshire University, UK. He has been teaching thermo-fluid and environmental engineering for nearly 20 years and acts as a LOW CARBON Consultant providing a range of energy services to business, industry and local authorities. Contact details: Faculty of Computing, Engineering and Science Staffordshire University Beaconside, Stafford, ST18 0AD Tel n.packer@staffs.ac.uk This information was presented as part of the Senior Engagement in a Green Economy Project (SEE-GREEN) funded by Lifelong Learning Programme (Gruntdvig) through the European Commission. The project time line is November 2011 to???. For more information and to take part in our online community visit: 15