Fisica tecnica Esercizi svolti

FISICA TECNICA

1. Calcolare quanta acqua deve essere fornita ad una massa di 1000 kg d'aria secca a 20°C con un'entalpia pari

a 6 kcal/kg a.s. per portarla ad uno stato tale, che l'umidità relativa sia del 100%.

2. Calcolare il calore totale da fornire a 6000 m3 di aria con temperatura di 15°C e umidità relativa del 95%

per portarla alla temperatura di 35°C con umidità relativa del 60%.

3. 900 kg di aria umida con Pvs=28 mmHg e temperatura di rugiada di 9°C vengono riscaldati fino ad arrivare

ad una condizione finale caratterizzata da una temperatura a bulbo umido di 26 °C e umidità relativa del

40%, calcolare la quantità di calore da fornire e riportare il processo sul diagramma di Mollier.

4. Determinare la entalpia, umidità assoluta e relativa, e la temperatura dell'aria umida ottenuta miscelando:

5kg d'aria, con umidità relativa del 30% e temperatura di 28°C; 10 kg d'aria, con umidità relativa del 30 % e

temperatura di 42°C.

5. 40 kg di aria secca (UR=20% e umidità assoluta=6 g/kgas) vengono miscelati con 120 kg di aria secca (Pvs

=50.69 mbar ed entalpia specifica=19kcal/kgas). La miscela subisce poi un processo di raffreddamento fino

a raggiungere la temperatura di 13°C e UR=80%. Calcolare la quantità di acqua che condensa durante il

processo e il calore da togliere.

6. 30 kg di aria secca nelle seguenti condizioni: h=5 kcal/kgas, TB.U.=6°C, x=2g/kgas, vengono miscelati con

20 kg di aria secca aventi PVS=23,5mmHg e Trugiada=21,2°C. La miscela viene poi portata alle condizioni

finali caratterizzate da U.R.=20% e TB.S.=52°C . Riportare sul diagramma di Mollier il percorso seguito dalla

trasformazione.

7. Un’aria (h=15 kCal/ kgas; x= 12g/kgas) viene miscelata in rapporto 1:2 con un’altra aria (Tr=23°C;

Tbu=29,5°C). L’aria di miscela subisce poi una trasformazione che la porta alle condizioni finali

caratterizzate da una temperatura invariata e una umidità assoluta di 13g/ kgas. Riportare la

trasformazione sul diagramma di Mollier e descrivere in dettaglio le modalità con le quali tale

trasformazione viene effettuata. Supponendo un'efficienza perfetta, a quale temperatura dovrà trovarsi il

fluido refrigerante utilizzato per il raffreddamento?

8. 10 kg di aria nelle seguenti condizioni:

h= 10 kCal/kgas, x=7g/kgas, vengono miscelati con un’aria satura, al fine di ottenere una miscela

caratterizzata da una temperatura di 30 °C e una UR di 0.9. Calcolare la massa d’aria satura che andrà

miscelata all’aria iniziale.

9. Dell'aria ambiente alla temperatura di 15°C e con un'umidità relativa del 65% viene riscaldata ad umidità

assoluta costante fino ad arrivare ad un'entalpia pari a 83.72 kJ/kg; in questo stato entra in un essiccatoio.

Dopo il processo d'essiccazione esce alla temperatura di 27°C ed umidità relativa del 90%. Calcolare quale

deve essere la portata d'aria per sottrarre 360 kg di acqua all’ora. Inoltre determinare la quantità di calore

da somministrare nella fase di riscaldamento.

10. Calcolare il calore da somministrare e la massa d'acqua da aggiungere (nei processi di riscaldamento e

umidificazione) a 100 kg di aria umida alla temperatura di 5°C con umidità relativa del 55% che deve

essere portata alla seguente condizione: temperatura = 25°C, umidità relativa = 60%. Disegnare il percorso

eseguito dal processo sul diagramma di Mollier

11. Calcolare il calore da togliere e da fornire (nella fase di postriscaldamento) a 100 kg di aria umida alla

temperatura di 35°C e con umidità relativa del 90% per portarla alla temperatura di 20°C e umidità relativa

del 50%. Disegnare il percorso del processo sul diagramma di Mollier. Il processo si svolge a pressione

atmosferica.

12. Dell’aria umida nelle seguenti condizioni: Pv=15.2 mmHg; Trugiada=18°C; x=13 g/kgas; Tbu=21.8°C deve

essere portata nelle condizioni finali caratterizzate da una umidità relativa del 60% e da una Pvs di 44 mm

hg.

Descrivere i metodi mediante i quali tale trasformazione può essere eseguita e riportare sul diagramma di

Mollier i relativi percorsi e descrivere in dettaglio le modalità operative secondo le quali eseguire le

trasformazioni.

13. Una massa d'aria umida (100 kgas) alla temperatura di bulbo umido di 20 °C, che presenta una temperatura

di rugiada pari a 8 °C, viene trattata al fine di ottenere un'aria umida, (UR= 0,3) con entalpia di 100 kJ/kgas,

tramite del vapore surriscaldato a pressione atmosferica. Determinare l'entalpia del vapore e la massa di

vapore da aggiungere.

14. 100 kg di aria secca nelle seguenti condizioni: Pv=9.668*10-2 psi e Pvs=10 mmHg entrano in un essiccatore

venendo a contatto con un prodotto alimentare. All’uscita dall’essiccatore, l’aria presenta una umidità

relativa del 80% e da una entalpia specifica di 142 kJ/kgas. Determinare la quantità di calore da fornire

nell’intero processo; considerando la trasformazione classica (pre-, post-riscaldamento, saturazione

isoentalpica) e sapendo che il prodotto alimentare non può subire un riscaldamento ad una temperatura

superiore a 40°C, disegnare la trasformazione sul diagramma di Mollier

15. In una torre di raffreddamento l'acqua entra alla temperatura di 40°C ed esce alla temperatura di 25°C.

L'aria invece, entra alla temperatura di 20°C con un'umidità relativa del 40% ed esce alla temperatura di

32°C con un'umidità assoluta di 25 g/kg d'aria secca. Determinare la portata in massa d'aria secca che passa

attraverso la torre, essendo la portata d'acqua, che entra nella torre, pari a 10 kg/s.

16. Determinare la portata d'aria necessaria da immettere in un locale per mantenere la temperatura a 20°C

el'umidità relativa al 65%. Le condizioni dell'aria esterna sono:

- temperatura: 5°C;

- umidità' relativa: 80%.

Considerare inoltre che:

- tramite le parete c'è una perdita di calore, pari a 50 kW;

- la temperatura di immissione dell'aria nel locale sia di 25°C.

Disegnare sul diagramma aria-vapore d'acqua il percorso seguito dall'aria.

17. 10000 kg/h di aria umida vengono prelevati dall’ambiente (Pvs=31.5 mmHg; x=22 g/kgas) per subire un

processo di condizionamento. Nel locale vanno mantenute le seguenti condizioni: T=20°C; U.R.=0.4.

Attraverso le superfici vetrate viene trasmessa una potenza termica di 20 kW; all’interno del locale vengono

prodotti, a seguito della respirazione umana 16 kg/h di vapore. Calcolare la quantità di calore da togliere nella

sola fase di raffreddamento e la quantità di condensa che si forma. Supponendo di effettuare un riciclo con 1/3

di aria proveniente dal locale, calcolare il risparmio energetico ottenibile, espresso in watt.

18. Determinare la portata d'aria che si deve immettere in un locale, per mantenere la temperatura a 20°C e

l'umidità relativa al 65%. Le condizioni dell'aria esterna sono:

- temperatura: 5°C;

- umidità' relativa: 100%.

Considerare inoltre che:

- tramite le parete c'è una perdita di calore pari a 80 kW;

- la temperatura di immissione dell'aria nel locale sia di 28°C.

- non c'e' produzione di vapore

Determinare inoltre le condizioni termo-igrometriche dell'aria di miscela (aria esterna/locale) che consente

di ridurre del 30% i consumi energetici di condizionamento.

19. 8333 m3/h di aria umida vengono prelevati dall’ambiente (Pvs=31.5 mmHg; x=22 g/kgas) per subire un

processo di condizionamento. Nel locale vanno mantenute le seguenti condizioni: T=20°C; U.R.=0.4.

Attraverso le superfici vetrate viene trasmessa una potenza termica di 20 kW; all’interno del locale vengono

prodotti 30 kg/h di vapore da macchinari (hv=1000kCal/kgv). Calcolare la quantità di calore da togliere e la

quantità di condensa che si forma. Supponendo di effettuare un riciclo con 1/3 di aria proveniente dal

locale, calcolare il risparmio energetico ottenibile, espresso in watt.

20. Le pareti di un locale di 50 m2 di superficie scambiano calore con l’esterno (K=2W/m2K). Dovendo

mantenete le condizioni termoigrometriche (pv=11 mmHg; T=15 °C) costanti si prevede di condizionare lo

stesso per compensare sia i carichi termici che una produzione di vapore di 8 kg/h.

Determinare le caratteristiche termo-igrometriche che l'aria dovrà possedere dopo il condizionamento.

Calcolare il calore da fornire nell'intero processo e riportare il percorso sul diagramma di Mollier

(condizioni esterne: Tbs=5°C; U.R.=40%) La massa di aria secca da trattare è pari a 2500 m3/h. Calcolare

inoltre la percentuale di risparmio energetico ottenuta da un riciclo parziale (1/4 aria locale, 3/4 aria

esterna).

21. Determinare la minima portata d'aria necessaria che si deve immettere in un locale per mantenere la

temperatura a 20°C e l'umidita' relativa al 65%. Le condizioni dell'aria dell'ambiente esterno sono:

- temperatura: 35°C;

- umidità relativa: 80%.

Considerare inoltre che tramite le parete c’è una trasmissione di calore all'interno del locale, pari a 50 kW.

Disegnare sul diagramma aria-vapore acqua il percorso seguito dalla miscela.

22. Dovendo mantenete le condizioni termo-igrometriche di un locale (pv=11 mmHg; xs=11g/kgas) costanti si

prevede di condizionare lo stesso per compensare i seguenti carichi: dissipazione di calore attraverso le

pareti: 20kW produzione di vapore: 4 kg/h La dissipazione di calore è parzialmente compensata da una

stufa elettrica che assorbe dalla linea elettrica 20 kW (η=75%). Determinare le caratteristiche termo-

igrometriche che l'aria dovrà possedere dopo il condizionamento. Calcolare il calore da fornire nell'intero

processo e riportare il percorso sul diagramma di Mollier (condizioni esterne: Tbs=5°C; U.R.=80%). Mas=

1000 kg/h

23. Studiare il condizionamento di un ambiente che deve essere mantenuto alla temperatura di 22°C con

un'umidità relativa del 50%, sapendo che l'aria all'esterno è alla temperatura di -2°C con un'umidità

relativa del 95%. Nell'ambiente si formano 6 kg/h di acqua e vi è una dispersione di calore pari a 9 kW, la

portata d'aria è, inoltre, pari a 2400 kg/h

24. Un'aula (Lunghezza 10m, Larghezza 20m, altezza 7,5m) ospita 200 persone. Volendo mantenere le

condizioni termo-igrometriche costanti (Tb.s.=25°C, U.R. = 50%), si prevede di condizionare il locale per

compensare i seguenti carichi:

a) rientrate termiche. Le condizioni esterne son Tb.s.=35°C, U.R.=60%; il locale scambia calore con l'esterno

dalle quattro pareti laterali (No soffitto e pavimento); il coeff. globale di scambio termico è di 5 W/m2K.

b) Produzione di vapore. Ogni perso