PROBLEMA 1 Indicare quattro requisiti fondamentali che un fluido frigorigeno deve possedere: 1) 2) 3) 4) Deve possedere un elevato calore latente, cioè, deve evaporare asportando molto calore dall ambiente che deve essere raffreddato; deve essere denso per non essere costretti ad adottare compressori di grandi dimensioni; deve solidificare a temperature basse per non ghiacciare internamente all impianto; non deve essere pericoloso, quindi né tossico né corrosivo e non deve creare danni all ambiente.
PROBLEMA 2 I clorofluorocarburi sono fluidi impiegati nelle macchine comunemente noti con il nome commerciale di ; con l emendamento di Copenhagen fu deciso di cessarne la, in quanto tali fluidi sono ritenuti altamente responsabili del I clorofluorocarburi costituiscono una famiglia di fluidi frigorigeni, quindi sono usati nelle macchine frigorifere; sono noti con la sigla CFC e con il nome commerciale di freon. Con l emendamento di Copenhagen del 14.06.1994 fu sancita la cessazione della produzione, poiché i freon furono ritenuti dannosi per l ambiente e contribuivano all allargamento del buco di ozono.
PROBLEMA 3 La massa di un gas vale m = 1,6 kg, il volume del suo contenitore vale 1,36 m 3. Calcolare il volume massico v del gas. v = Per calcolare il volume massico è sufficiente applicare la sua definizione; si esegue il rapporto tra il volume V e la massa m in esso contenuta, come si evince dalla [1.1]: v = V m = 136, 16 = 085,, 3 m kg
PROBLEMA 4 In un ciclo di Carnot viene introdotto il calore Q 1 alla temperatura T 1 = 820 K e viene sottratto il calore Q 0 alla temperatura T 0 = 310 K. Calcolare il rendimento η del ciclo. Il rendimento dei cicli termodinamici è espresso dalla [1.11]. Nel caso particolare del ciclo di Carnot, il rapporto fra i calori Q 0 e Q 1 che compare nella [1.11] può essere sostituito dal rapporto fra la temperatura inferiore (di scarico) T 0 e quella superiore (di introduzione del calore) T 1. Conviene pertanto calcolare il rendimento del ciclo di Carnot in funzione del rapporto fra le due temperature: R T0 η = 1 = 1 310 = 0, 622 = 62, 2 % T 820 1 Dalla formula si deduce che il rendimento aumenta al crescere della temperatura superiore oppure al diminuire di quella inferiore. Conseguentemente, nei motori termici conviene realizzare la combustione alla più alta temperatura possibile e scaricare i gas residui alla più bassa temperatura per sfruttare al massimo il calore prodotto internamente.
PROBLEMA 5 Dare la definizione di motore endotermico. Il motore endotermico, o a calore interno, impiega un unico fluido operativo come generatore del calore (solitamente per combustione) e come veicolo che trasmette l energia posseduta all organo mobile (stantuffo o palettaggio). Nei motori endotermici il fluido operativo è formato dai gas caldi che prendono parte alla combustione e R che compiono l espansione trasferendo l energia da essi posseduta al pistone.
PROBLEMA 6 Le autovetture Toyota Aygo, Citroën C1 e Peugeot 107 sono commercializzate con il motore a benzina tipo 384-F fornito da Toyota. Si tratta di un motore da un litro di cilindrata a tre cilindri con alesaggio A = 71 mm, corsa C = 84 mm e con rapporto di compressione ρ = 10,5. Calcolare la cilindrata unitaria V u, la cilindrata totale V cil e il volume della camera di scoppio V cc, esprimendoli in cm 3. Per il calcolo dei tre volumi richiesti si applicano le rispettive formule descritte nell Unità didattica 2. Si calcola inizialmente la cilindrata unitaria V u mediante la [2.2], tenendo presente che 1 centimetro cubo equivale a 1000 millimetri cubi: R V = π 2 A C = π 2 71 84 = 332 572 mm = 332, 572 cm u 4 4 3 3 La cilindrata unitaria è anche detta "cilindrata spazzata" perché descritta dal pistone durante la sua corsa. basta moltiplicare la cilindrata unitaria per il numero dei ci- Per il calcolo della cilindrata totale V cil lindri: Calcolo del volume della camera di scoppio V cc mediante la [2.3]: V cc V cil = 3 V = 997, 7 cm 3 u Vu 332, 572 = = ρ 1 10, 5 1 = 35 cm 3
PROBLEMA 7 Il motore Diesel ferroviario Breda 12 YJCL ha otto cilindri a V con una cilindrata totale di 78,80 l. Esso eroga la potenza massima alla frequenza di rotazione di 1500 giri/min. Calcolare il consumo di aria in kg/s, assumendo la massa volumica dell aria pari a 1,17 kg/m 3 e trascurando il rendimento volumetrico ponendolo unitario. Calcolare inoltre la portata di combustibile in kg/h assumendo per la dosatura il valore α = 25. Essendo il motore a quattro tempi, si ricorre alla [2.4] che fornisce la portata d aria entrante: G = V n 3 ρη = 78, 80 10 1500 117, 1= 115, 2 60 120 a cil v kg s La [2.5] esprime la dosatura, ovvero il rapporto tra portata di aria G a e portata di combustibile G c. Ponendo quest ultima in evidenza a primo membro e ricordandosi di moltiplicare il risultato per 3600, dato che un ora è pari a 3600 s, si ottiene il consumo orario: R G c G a 115, kg = = 3600 = 166 α 25 h Si noti come il valore della dosatura sia ampiamente superiore al valore stechiometrico, pari a 14,7; ciò è tipico dei motori a ciclo Diesel e Sabathé, operanti in condizioni di eccesso d aria.
PROBLEMA 8 Il motore Diesel ferroviario FIAT A 2112 SSF ha la potenza massima pari a 1560 kw al regime di rotazione di 1500 giri/min. Calcolare la coppia motrice. Nota la frequenza di rotazione, si calcola la velocità angolare: 2 π n 2 π1500 ω = = = 157, 1 60 60 rad s Impiegando la [2.16] presentata nell Unità didattica C2 nella quale si pone a primo membro la coppia motrice (o momento motore) M, si trova: M = P 1560 10 = ω 157, 1 3 = 993 Nm Il momento motore M così trovato è la coppia motrice erogata dal motore in corrispondenza del regime di R potenza massima, in condizioni di piena alimentazione. Questa non è la coppia massima che, in generale, si trova a un regime inferiore.