Compiti di fisica tecnica
Collettore solare
Ho un collettore solare con una certa superficie. Si considera un sistema con temperature definite T1 e T2. Sistemo il rendimento in relazione alla temperatura TA. La temperatura del calore viene analizzata tramite i parametri Trocal Tes e Tem. La potenza è calcolata considerando Tes.
- Tout 20°C
- Tin 90°C
- H2O solare
- V = 0.02 l/s
- Tx = 90°C
- cmc = 4.187 kJ/kgK
- s= 2 m2
- ηep = 50%
- pmc = 10 kg/m3
Svolgimento
Considero inizialmente il solo collettore solare. Q̇ = a Is, con Is definito nell'ambito delle condizioni operative.
Il flusso volumetrico lv è 0.02 l/s. In condizioni di regime stazionario, il bilancio del collettore solare si esprime come Q̇ = m c (Tout - Tin).
- Q̇ = m ... = 836 [W]
Definisco il rendimento in base al primo principio della termodinamica per aumentare la temperatura da Q̇. ηes = 836/1600... (52%).
Cella con scambiatore di calore
Ho una cella con scambiatore di calore ad acqua con perfetta miscibilità, in cui entra una portata di acqua pari a Vw da Tw e T2. L'acqua viene rimossa ed espulsa da un sistema a pompa di calore che la riscalda a Tsu per mantenere il collettore. La pompa di calore ha un rendimento di secondo principio ηII cedendo calore a Ta. La temperatura ambiente è pari a Tamb e quella del sole Tsole. Il calore specifico dell'acqua vale cmc.
Trovarsi Isol e Isun, la potenza fornita dalla pompa tubo caldo Qa = QC + QP.
Svolgimento
Considero inizialmente il solo collettore solare. Q̇ = a Is = 800. Z = 1000 W. V̇w = 0.02 l/s = 0.02 dm3/s = 0.02 × 10-3 m3/s ≡ mw = ρ V = 103 × 0.02 × 10-3 = 0.02 kg/s.
In regime stazionario, il bilancio di controllo del collettore include:
- Δc,
- ΔEp = 0,
- (h2 - h1) + w/2 g(z2 - z1) = Q̇amb + k = 0.
Q̇ = m hi. Il volume specifico dell'acqua è molto piccolo, per cui non rilevante nella determinazione di h1.
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