Anno Accademico 2016-2017 Prof. Ing. L. Maffei 1 Anno Accademico 2016-2017 -
PARTE 1 Grandezze e unità di misura Consumi energetici 2
Grandezze e unità di misura 3 Convertire le seguenti misure usando quelle fondamentali del sistema internazionale SI: 153 mg = 3 mm = 50 min = 25 L =
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 = 4
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 = 5
Grandezze e unità di misura Convertire in secondi i seguenti tempi: a) 40 h = b) 56 min = c) 120 ms = d) 12 h = 6
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 7 d) 174 Pa = bar
Grandezze e unità di misura Un oggetto di legno ha massa pari a 476 g e volume pari a 0,54 m 3. Qual è la densità del legno? ρ = m V 8 [0,88 Kg/m 3 ]
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/m 3. 9 [0,31 m 3 ]
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) = 10
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. P el = 50 W t = 7 h t = 7 h = 7 x 60 x 60 = 25200 s P el = 50 W = 50 J/s E el = P el x t = 50 x 25200 = 1260000 J à 1,26 MJ E el (kwh) = 0,05 (kw) x 7 (h)= 0,35 kwh 11 0,35 kwh x 0,17 /kwh = 0,059
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. 12 [asciugacapelli= 0,03 ; router= 0,04 ]
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. P el = 1200 W Q disp = 90 W E el = 1200 W x 3600 s = 4320000 J à 4320 kj E disp = 90 W x 3600 s = 324000 J à 324 kj 13 ΔU= 4320 324 = 3996 kj
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. 14 [1278 kj]
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? 15
PARTE 2 Lettura del diagramma PT Proprietà dei gas ideali 16
Diagramma p-t Acqua 17
Diagramma p-t Acqua T = 130 C p = 0.8 MPa 18
Diagramma p-t Acqua T = 180 C p = 0.5 p atm 19
Diagramma p-t Acqua 20
Lettura diagramma p-t Acqua: 1. T=433 K, p=400 kpa; 2. T=393 K, p=2p atm ; 3. T=463 K, p=1.2 MPa. 21
p v= m R T GAS IDEALI All interno di una stanza sono presenti 75 m 3 di aria alla temperatura di 35 C e pressione di 0.1MPa (R aria = 0.287 kj/kgk); Calcolare la massa di aria. V= 75m 3 T=35 C à 308 K P= 0.1MPa à 100 kpa P x V = m x R x T m= P x V/R x T m= 100 x 75/ 0.287 x 308= 84.8 kg 22
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. 23 V=39,17 m 3
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) 24 P 2 = 187 kpa; ΔU= 456 kj;
PARTE 3 COP Rendimento Lettura del diagramma psicrometrico Trasformazioni semplici dell aria umida (lettura valori) 25
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 COP = QB L QB = 2 x 1 = 2 W = 2 J/s 26
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 Q el = 700 W COP = QB L QB = 3.2 x 700 W = 2240 W 27
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. Q A = 3200 J L= 1500 J COP = Q A L COP = 3200 J = 2,13 1500 28
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 L = Q A COP L = 5000 J = 1250 J 4 29
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?? Q ass = 2 MW L = 0,5 MW η = L 0,5 = 0,25 Q ass 2 30
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] Q ass = 1500 kw η= 0,32 η = L Q ass L = η Q ass 0,32 x 1500 kw = 480 kw 1 h = 3600 s 3600 x 480 kj/s = 1.728.000 kj 1728 MJ 31
Lettura del diagramma psicrometrico Ricorda che: L ordinata indica il titolo x Indica il volume specifico v curve indicano l umidità relativa U.R. 32 L ascissa indica la temperatura di bulbo asciutto T BA
Aria umida Aria umida satura a 30 C ha una umidità assoluta pari a: X =27,5g/kg 33 T=30
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% 34
Aria umida Quanta massa di acqua possono contenere 3 kg di aria alla temperatura di 25 C? d) 20% 35
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. 36
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% 37
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% 38
Aria umida In un locale è presente aria umida avente le seguenti caratteristiche : T ba = 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% 39