Fisica Tecnica Esercizi Risolti

Matteo Corradi: esercizi svolti di Fisica tecnica

1) Diagramma di Carrier

Utilizzando il diagramma di Carrier si verifichi che l’aria con θ=70% e t=20°C è caratterizzata da t =14.5°C.r

Risoluzione grafica:

2) Diagramma di Carrier

Utilizzando il diagramma di Carrier si verifichi che l’aria con θ=70% e t=20°C è caratterizzata da t =16.5CBB(circa).

Risoluzione: si individua lo stato della miscela (A), da questo si traccia la linea ad entalpia costante che interseca la curva a θ=100%; dal punto di intersezione ottenuto si traccia l’isoterma t BB.

3) Frigorifero

Il cibo all’interno di un frigorifero viene mantenuto alla temperatura di 4°C asportando dalla cella in cui è conservato una potenza termica di 6kW. Se la potenza elettrica richiesta dal frigorifero per il suo funzionamento è di 2kW, si determini:

• L’efficienza del frigorifero;
• La potenza termica scaricata nell’ambiente.

Risoluzione | | 6 = = = 3

Risoluzione quesito a.: || 2 = + = 6 + 2 = 8.

Risoluzione quesito b.: sia l’energia sotto forma di calore asportata dall’ambiente freddo sia l’energia (lavoro elettrico) fornita al compressore sono scaricate nell’ambiente sotto forma di calore.

4) Pompa di calore

Per riscaldare una casa mantenendone la temperatura interna a 20°C si usa una pompa di calore. Se la temperatura esterna scende a -2°C la casa dissipa 20 kW di potenza termica verso l’esterno. In queste = 2.5. condizioni determinare:

• La potenza elettrica assorbita dalla PDC; 1 Matteo Corradi
• La potenza termica che la PDC assorbe dall’aria esterna.

Dati = 20° = −2° = 20 = 2.5

Risoluzione Ẇ| | | | 20|Ẇ| = → = = = 8

Risoluzione quesito a.: (le grandezze caratterizzate dal puntino || 2.5 = ). all’apice sono diverse per il tempo, infatti

Risoluzione quesito b.: la temperatura della casa deve essere mantenuta a 20°C, la PDC deve fornire potenza termica pari a quella persa, cioè 20 kW. Dal principio della conservazione dell’energia per le macchine cicliche si ha che: = + → = − = 20 − 8 = 12 (in questo caso energia gratis).

5) Ciclo frigorifero con R-134a

Un frigorifero utilizza il refrigerante R-134a come fluido evolvente e funziona con un ciclo inverso a compressione di vapore ideale tra le pressioni 0.14 MPa e 0.8 Mpa. Se la portata del refrigerante è 0.05kg/s, determinare:

• La potenza termica sottratta all’ambiente refrigerato e la potenza richiesta dal compressore;
• La potenza termica ceduta all’ambiente che si considera come pozzo termico;
• Il COP del frigorifero.

Risoluzione: il ciclo frigorifero è mostrato in figura su un diagramma T-s. In un ciclo inverso a compressione di vapore ideale, la trasformazione di compressione è isentropica e il refrigerante entra nel compressore come vapore saturo alla pressione dell’evaporatore. Inoltre il refrigerante esce dal condensatore come liquido saturo alla pressione del condensatore.

Utilizzando le tabelle del refrigerante R-134°, le entalpie nei quattro punti del ciclo possono essere determinate come di seguito:

• Stato 1: = 0.14 1 } ℎ = ℎ 0.14 = 263.04 ; = 0.14 = 0.93221 1
• Stato 2: = 0.8 2 } ℎ = 272.052 = 2 1 2 Matteo Corradi
• Stato 3: = 0.8 3 } ℎ = ℎ 0.8 = 93.423 1
• Stato 4: ℎ = ℎ = 93.42 (laminazione)4 3

Risoluzione quesito a.: la potenza termica sottratta all’ambiente refrigerato e la potenza richiesta dal compressore sono:

Ẇ Ẇ(ℎ )= − ℎ = 0.05×(236.04 − 93.42) = 7.13 1 4

Ẇ Ẇ(ℎ )= − ℎ = 0.05×(272.05 − 93.42) = 8.93

Risoluzione quesito b.: 2 1

La potenza potrebbe essere determinata anche con la seguente relazione:

Ẇ Ẇ Ẇ= + = 7.13 + 1.80 = 8.93

Risoluzione quesito c.: il coefficiente di prestazione del frigorifero è determin