Temi d'esame svolti - Fisica dell'edificio

∆S

entropia è = 5 cal/K, dopo aver tracciato la trasformazione nel piano (p,V), determinare:

1.1 il numero di moli N;

1.2 l’energia interna, a meno della costante di integrazione;

1.3 il calore assorbito nella trasformazione.

Dati: R = 8,314 J/(mol.K); 1 cal = 4,186 J.

Esercizio 2 (

Un’aria umida a 18°C e al 40% di umidità relativa ) viene umidificata fino

alla saturazione con iniezione di acqua liquida e quindi entra in una batteria di riscaldamento

con potenza termica 80 kW. Avvalendosi del diagramma psicrometrico allegato, e tracciando

su di esso le trasformazioni, determinare:

2.1 l’entalpia dell’aria umida nello stato iniziale;

2.2 la portata di acqua liquida necessaria nel processo di umidificazione;

2.3 la temperatura in uscita dalla batteria di riscaldamento.

Esercizio 3 λ

Una parete costituita da due strati di mattoni forati (s = 12 cm, = 0,7 W/(m.K)) con

2

= 5 cm; R = 0,16 m .K/W) separa l’ambiente interno

interposta un’intercapedine d’aria (s int int

a T = 20°C dall’ambiente esterno a T = 0°C. Sulla parete incide radiazione solare con

oi oe

un’irradianza G incognita. La temperatura della superficie interna della parete è pari a 19°C, i

2 2

coefficienti globali di scambio interno ed esterno sono h = 8 W/(m .K) e h = 25 W/(m .K), il

i e

α =0,6. Determinare:

coefficiente di assorbimento solare della superficie esterna è s

3.1 l’irradianza solare incidente;

3.1 la densità di flusso termico che attraversa la superficie esterna della parete, con il

relativo verso;

3.3 la conducibilità termica dell’isolante da introdurre nell’intercapedine, riempiendola

completamente, per ridurre del 50% la trasmittanza termica. 2

Raccolta temi d’esame Fisica dell’edificio

Proff. L. Pagliano, A. Angelotti

Tema d’esame 15/2/2013

Cognome.......................................Nome......................................Matricola...............................

Esercizio 1

Due portate di aria umida

( ) vengono

miscelate dando luogo ad un’aria umida nello stato 3. La miscela viene quindi riscaldata fino

alla temperatura t = 30°C. Avvalendosi del diagramma psicrometrico allegato, e tracciando

4

su di esso le trasformazioni, determinare:

1.1 umidità assoluta ed entalpia specifica di ciascuna delle due portate di partenza;

1.2 l’umidità relativa della miscela nello stato 3;

1.3 la potenza termica fornita alla miscela.

Esercizio 2

La copertura piana di un edificio ha una temperatura superficiale esterna pari a 3,5°C,

2

K). Il cielo notturno è assimilabile

un’emissività pari a 0,9 ed una conduttanza pari a 4 W/(m

ad un corpo nero con temperatura pari a -3 °C. L’aria esterna si trova alla temperatura di

2

2°C ed il coefficiente di scambio convettivo esterno sulla copertura vale 15 W/(m .K). Il

2

coefficiente globale di scambio interno vale 8 W/(m K). Calcolare:

2.1 la densità di flusso termico disperso dalla copertura;

2.2 la temperatura operante dell’ambiente interno sottostante la copertura;

2.3 la lunghezza d’onda del massimo di emissione termica della superficie esterna della

copertura. µm.K.

σ -8 2 4

W/(m K ); c = 2898

Dati: = 5,67.10 Wien

Esercizio 3

Una sorgente luminosa di potenza elettrica 250 W ed efficienza luminosa pari a 52 lm/W è

inserita in un apparecchio luminoso con una curva fotometrica, dotata di simmetria

rotazionale, di equazione:

Φ

dove indica il flusso luminoso della sorgente collocata nell’apparecchio. Si richiede di:

3.1 calcolare il flusso luminoso emesso dalla sorgente;

3.2 tracciare la curva fotometrica dell’apparecchio;

3.3 determinare il flusso luminoso uscente dall’apparecchio. 3

Raccolta temi d’esame Fisica dell’edificio

FTAFISED, A.A. 2012/13

Proff. L. Pagliano, A. Angelotti

Tema d’esame 1/7/2013

Cognome..........................................Nome..........................................Matricola........................

Esercizio 1 p (kPa) 1

Una massa pari a 15 Kg di ossigeno compie il ciclo 2

15

termodinamico motore rappresentato nel piano (p,V).

Sapendo che la temperatura negli stati 1 e 3 è

rispettivamente di 700 K e 450 K, determinare:

1.1 il volume nel punto 1;

1.2 il lavoro netto prodotto nel ciclo;

1.3 la variazione di energia interna lungo la 3

trasformazione 2-3.

Dati: M (O )= 32 g/mole, R= 8,314 J/(mole.K).

m 2 3

380 V (m )

Esercizio 2

Una portata di aria umida nelle condizioni 1 (t =32°C, UR =70%) entra

bs1 1

=18°C, e viene quindi

in una batteria di raffreddamento da cui fuoriesce alla temperatura t bs2

post-riscaldata in una batteria che fornisce una potenza termica pari a 3 kW. Determinare,

avvalendosi del diagramma psicrometrico allegato e tracciando su di esso le trasformazioni:

2.1 la temperatura di rugiada dell’aria nelle condizioni 1;

2.2 se si formi condensa nel processo 1,2 e nel caso quanto valga la portata di condensato;

2.3 la temperatura dell’aria in uscita dalla batteria di post-riscaldamento.

Esercizio 3

Una parete che separa un ambiente interno con temperatura operante T =20°C da un

oi 2

ambiente esterno con T =4°C è composta di una parte opaca, di superficie 10 m , e di una

oe 2 2

finestra, di superficie 2,5 m e con trasmittanza termica globale U =2,7 W/(m K). La

w

stratigrafia della parte opaca consiste di 5 strati: gli strati 1 e 5 hanno spessore s =s =2 cm e

1 5

λ =λ =0,8 W/(mK), gli strati 2 e 4 hanno spessore s =s =12 cm e

conduttività termica 1 5 2 4

λ =λ =0,14 W/(mK), lo strato 3 è rappresentato da un’intercapedine

conduttività termica 2 4 2

d’aria con resistenza R =0,16 m K/W. I coefficienti globali di scambio interno ed esterno

3 2 2

valgono rispettivamente h =8 W/(m K) e h =25 W/(m K). Determinare:

i e

3.1 la trasmittanza termica della stratigrafia opaca;

3.2 il profilo di temperatura nella stratigrafia opaca;

3.3 la potenza termica dispersa dall’intera parete, trascurando eventuali ponti termici tra

parte opaca e trasparente. 4

Raccolta temi d’esame Fisica dell’edificio

FTAFISED, A.A. 2012/13

Proff. L. Pagliano, A. Angelotti

Tema d’esame 15/7/2013

Cognome..........................................Nome..........................................Matricola........................

Esercizio 1

Ad una portata di aria umida nelle condizioni 1 (t =20°C, UR =50%)

bs1 1

viene fornita una potenza termica di 2,9 kW. La portata viene successivamente umidificata

con acqua liquida fino a raggiungere la temperatura di 25°C. Determinare, avvalendosi del

diagramma psicrometrico allegato e tracciando su di esso le trasformazioni:

1.1 l’umidità assoluta nelle condizioni 1;

1.2 la temperatura in uscita dalla batteria calda;

1.3 la portata d’acqua liquida evaporata nel processo di umidificazione.

Esercizio 2

Un vetrocamera di altezza H=60 cm è composto da due lastre uguali di vetro semplice (λ=0,9

ε=0,85)

W/(mK), s=6 mm, separate da un’intercapedine d’aria di spessore d=18 mm. Le

temperature delle due lastre affacciate verso l’intercapedine sono pari a 12°C e 2°C.

Avvalendosi, qualora possibile, della correlazione per la convezione naturale in cavità

proposta e delle tabelle di proprietà termofisiche dell’aria fornite, determinare:

2.1 la densità di flusso termico convettivo attraverso l’intercapedine;

2.2 la densità di flusso termico radiativo attraverso l’intercapedine;

2.3 la trasmittanza termica del vetrocamera.

Dati: σ

2 2 -8 2 4

h =8 W/(m K); h = 25 W/(m K); =5,67.10 W/(m K ).

i e

λ ν β

T (K) (W/mK) (m /s) (K ) Pr

2 -1

250 0.0223 1.14E-05 0.0040 0.724

280 0.0246 1.40E-05 0.0036 0.717

290 0.0253 1.48E-05 0.0034 0.714

Esercizio 3

Un apparecchio illuminante possiede la curva fotometrica Angolo I/Φ

riportata in tabella, avente simmetria rotazionale attorno all’asse (°) (cd/1000 lm)

α =0°. L’apparecchio è posto ad una distanza di 2 m da un piano 0 370

di lavoro. L’illuminamento richiesto sul piano in un punto P ad 10 330

una distanza di 0,5 m dal piede della perpendicolare 20 420

dall’apparecchio al piano è pari a 500 lux. Determinare: 30 390

3.1 il flusso luminoso della sorgente; 40 250

3.2 la luminanza del punto P, nell’ipotesi in cui il piano di lavoro 50 130

sia una superficie lambertiana con coefficiente di riflessione 60 50

luminosa 0,7. 70 20

80 10

90 0

>90 0 5

Raccolta temi d’esame Fisica dell’edificio

FTAFISED, A.A. 2012/13

Proff. L. Pagliano, A. Angelotti

Tema d’esame 9/9/2013

Cognome..........................................Nome..........................................Matricola........................

Esercizio 1

Un gas perfetto compie un ciclo di Carnot inverso operante tra le sorgenti a temperatura T =

c

5°C e T = 24°C. Nell’espansione isoterma il gas assorbe un calore pari a 5 kJ/mole. Sapendo

h

che l’entropia molare del gas all’inizio dell’espansione isoterma è pari a 200 J/(mole.K):

1.1 determinare il coefficiente di prestazione frigorifera;

1.2 tracciare il ciclo nel piano (T,s), indicando i valori assunti dalle variabili nei punti

fondamentali del ciclo;

1.3 calcolare il rapporto tra il volume al termine dell’espansione isoterma e il volume

all’inizio della stessa.

Dati: R = 8.314 J/(mole.K).

Esercizio 2

In un impianto di riscaldamento ad aria si preleva aria esterna nelle condizioni 1 (t =5°C,

bs1

UR =80%) e la si miscela con aria di ricircolo interna nella condizioni 2 (t =20°C, UR =50%).

1 bs2 2

Il rapporto tra le portate è . L’aria di miscelazione viene quindi inviata ad una

=32°C. Determinare, avvalendosi

batteria di riscaldamento che la porta alla temperatura t bs4

del diagramma psicrometrico allegato e tracciando su di esso le trasformazioni:

2.1 la temperatura dell’aria di miscelazione;

2.2 la potenza termica fornita nella batteria per unità di portata di aria secca.

Esercizio 3

Un ambiente interno ha una sola parete esposta verso l’esterno opaca con trasmittanza

α

2

termica U = 0.7 W/(m K), coefficiente di assorbimento solare esterno = 0.6 e superficie S =

2

. La temperatura operante interna è pari a 20°C, quella esterna è -5°C, l’irradianza

18 m 2 2

solare incidente sia G = 400 W/m . I coefficienti globali di scambio siano h = 8 W/(m K) e h =

i e

2

25 W/(m K). Determinare:

3.1 il flusso termico solare attrave