Esercitazione 2 2018

Università degli Studi di Cagliari

Corsi di Studio in Ingegneria Chimica, Elettrica e Ambientale

C M S E

ORSI DI ACCHINE E ISTEMI NERGETICI

T M

E DI ERMODINAMICA E ACCHINE

A.A. 2018/2019 --- Esercitazione N. 2

Problema N. 1

Un serbatoio avente forma cilindrica con diametro pari a 30 m e altezza pari a 10 m viene utilizzato per

accumulare il gas prodotto da un impianto di gassificazione. Il gas è costituito da una miscela gassosa

composta per il 30% in massa da idrogeno (H2), per il 40% da monossido di carbonio (CO) e per il 30% da

anidride carbonica (CO2). Valutare i calori specifici a pressione e a volume costante della miscela gassosa

alla temperatura di 15 °C (si utilizzino le relazioni lineari di Langen). Valutare inoltre la massa di gas

contenuta nel serbatoio in condizioni invernali (pressione di 1,5 bar e temperatura di 5 °C) e in condizioni

estive (pressione di 1,5 bar e temperatura di 35 °C).

Cp Cv Massa di gas (T=5 °C) Massa di gas (T=35 °C)

___________ [kJ/kgK] ___________ [kJ/kgK] ___________ [kg] ________ [kg]

Problema N. 2

Una caldaia viene utilizzata per riscaldare 12 litri/s di acqua dalla temperatura di 40 °C alla temperatura di

80 °C. La caldaia viene alimentata con gasolio (potere calorifico pari a 42 MJ/kg) e presenta un consumo

di combustibile pari a 210 kg/h. Valutare il rendimento, la potenza utile prodotta, la potenza termica

fornita in ingresso alla caldaia attraverso il combustibile e la potenza complessivamente persa.

Rendimento Potenza utile prodotta Potenza fornita in ingresso Potenza persa

___________ [%] ___________ [kW] ___________ [kW] ___________ [kW]

Problema N. 3

Un ciclo termodinamico comprende una compressione adiabatica 1-2, un riscaldamento senza scambio

di lavoro 2-3, una espansione adiabatica 3-4 e un raffreddamento senza scambio di lavoro 4-1. Il ciclo

termodinamico utilizza anidride carbonica (si assuma un calore specifico Cp costante e pari a 850 J/kgK).

Nel ciclo vengono misurate le seguenti temperature: T1=25 °C, T2=450 °C, T3=1300 °C, T4=625 °C e una

potenza termica fornita in ingresso pari a 80 MW. Valutare la portata di CO2, la potenza utile prodotta e

il rendimento del ciclo termodinamico. Valutare inoltre il rendimento del corrispondente ciclo di Carnot.

Portata di CO2 Potenza utile Rendimento ciclo Rendimento ciclo Carnot

___________ [kg/s] ________ [MW] ________ [%] _________ [%]

A.A. 2018-2019 Esercitazione N. 2 Pagina 1 di 2

Nome e Cognome: ___________________________ Matricola: ______________ CS:_____________________

Università degli Studi di Cagliari

Corsi di Studio in Ingegneria Chimica, Elettrica e Ambientale

Problema N. 4

Una tubazione deve essere progettata per il trasporto di olio combustibile (si assuma una densità

3

costante e pari a 850 kg/m ). Dimensionare il diametro della tubazione necessario a garantire una

velocità di progetto di 1,5 m/s con una portata volumetrica di 6 litri/s. La pressione nel serbatoio di

partenza è pari a 1 bar, il punto di arrivo è posto ad una quota di 4 metri al di sotto del serbatoio, la

tubazione è lunga 300 metri e presenta dissipazioni per attrito pari a 120 W/km. Calcolare la pressione

dell’olio combustibile in corrispondenza della sezione d’arrivo e la potenza totale dissipata per attrito.

Diametro condotta Pressione olio in uscita Potenza dissipata

__________ [mm] ___________ [bar] ___________ [W]

Problema N. 5

Un gas perfetto caratterizzato da un calore specifico a pressione costante pari a 1,1 kJ/kgK e da un

calore specifico a volume costante pari a 0,8 kJ/kgK viene compresso fino alla pressione p =6 bar a

2

partire dalle condizioni iniziali p =2 bar e T =100 °C. Valutare il lavoro e il calore scambiato nel caso in cui

1 1

la massa interessata sia pari a 20 kg e che la compressione avvenga mediante una trasformazione

reversibile a temperatura costante e a volume costante, sia in un sistema aperto che in un sistema

chiuso. Sistema aperto Sistema chiuso

Lavoro - isoterma Calore - Isoterma Lavoro - isoterma Calore - isoterma

__________ [MJ] _________ [MJ] __________ [MJ] ________ [MJ]

Lavoro – isocora Calore - isocora Lavoro – isocora Calore - isocora

__________ [MJ] _________ [MJ] __________ [MJ] ________ [MJ]

Problema N. 6

Una grande parete, avente dimensioni 10x4 m, è costituita da uno strato esterno in laterizio (spessore

30 cm, conducibilità termica 0,70 W/mK), uno strato di fibra di vetro (spessore 5 cm, conducibilità

termica 0,04 W/mK) e uno strato interno ancora in laterizio (spessore 10 cm, conducibilità termica 0,70

W/mK). Calcolare la potenza termica dispersa verso l’esterno nel caso in cui la temperatura dell’aria

interna sia di 20 °C e quella dell’aria esterna sia di 3 °C. Si assuma a tal fine un coefficiente di scambio

2 2

termico convettivo pari a 10 W/m K fra l’aria e la faccia interna della parete e pari a 40 W/m K fra l’aria

esterna e la faccia esterna della parete. Valutare inoltre le temperature superficiali sulla faccia interna ed

esterna della parete.

Potenza termica Temperatura faccia interna Temperatura faccia esterna

__________ [W] _________ [°C] __________ [°C]

A.A. 2018-2019 Esercitazione N. 2 Pagina 2 di 2

Nome e Cognome: ___________________________ Matricola: ______________ CS:_____________________