Temi d'esame svolti di Fisica dell'edificio

Tema d’esame 1/7/2013

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

p (kPa)

Esercizio 1 1 2

Una massa pari a 15 Kg di ossigeno compie il ciclo 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; 3

1.3 la variazione di energia interna lungo la

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

in una batteria di raffreddamento da cui fuoriesce alla temperatura t =18°C, e viene quindi

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

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

1 5 2 4

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

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

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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

batteria di riscaldamento che la porta alla temperatura t =32°C. Determinare, avvalendosi

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

2

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

2

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

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 attraverso la superficie interna della parete, in modulo e verso;

3.2 il flusso termico netto attraverso la superficie interna della parete, in modulo e verso;

3.3 la temperatura superficiale interna della parete;

3.4 lo spessore di isolante con conduttività termica = 0.04 W/(m.K) da aggiungere alla

iso

parete affinché la trasmittanza termica si riduca del 40%. 6

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FTAFISED, Prof. A. Angelotti, A.A. 2013/14 e 2014/15

Tema d’esame esercizi 5/2/15 – Compito A

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

Esercizio 1

Un ciclo motore che opera tra due sorgenti cede 8 kJ alla sorgente fredda alla temperatura

T = 320 K ed opera con un rendimento pari a 0,36. La variazione di entropia totale delle

c

sorgenti è pari a 11 J/K. Determinare:

1.1 Il calore assorbito dalla sorgente calda;

1.2 il lavoro prodotto in un ciclo motore operante in condizioni di reversibilità tra le

stesse sorgenti.

Esercizio 2

Una data quantità di aria umida, contenente una massa di aria secca di 30 kg, si trova

inizialmente alla temperatura t = 20°C e all’umidità relativa UR = 50%. All’aria umida viene

1 1

aggiunta una massa di vapore m’ = 110 g con entalpia specifica h’ = 2657 kJ/kg. A seguito

v v

della miscelazione si opera un raffreddamento fino a 17°C. Avvalendosi del diagramma

psicrometrico allegato e tracciando su di esso le trasformazioni, determinare:

2.1 umidità assoluta ed entalpia specifica iniziali;

2.2 la temperatura t della miscela;

2

2.3 il calore sottratto alla batteria di raffreddamento.

Esercizio 3

La copertura orizzontale di un edificio, assimilabile ad un corpo grigio con emissività 0,8, ha

una temperatura superficiale esterna di 2°C essendo l’aria esterna ad 1°C, il coefficiente di

2

scambio convettivo pari a 12 W/(m K), la volta celeste alla temperatura di 272 K. L’ambiente

interno all’edificio sottostante la copertura si trova a 20°C ed il coefficiente convettivo-

2

radiativo interno è pari a 10 W/(m .K). Si determini:

3.1 la densità di flusso termico scambiata tra la superficie esterna ed il cielo;

3.2 lo spessore di isolante con conduttività 0,04 W/(m.K) da aggiungere alla copertura

allo scopo di ridurre del 50% il flusso termico disperso;

3.3 la trasmittanza termica della copertura comprensiva dell’isolante di cui al punto

precedente. -8 2 4

Dati: = 5,67 . 10 W/(m .K ). 16

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FTAFISED, Prof. A. Angelotti, A.A. 2013/14 e 2014/15

Tema d’esame esercizi 23/2/15

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

Esercizio 1

Un’aria umida a 15°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 55 kW. Avvalendosi del diagramma psicrometrico allegato, e tracciando

su di esso le trasformazioni, determinare:

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

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

1.3 la temperatura in uscita dalla batteria di riscaldamento.

Esercizio 2

Si consideri un vetrocamera con intercapedine di spessore s = 10 mm riempita d’aria. Siano

note le temperature e le emissività delle superfici delle due lastre che si affacciano

sull’intercapedine: per il vetro più esterno T = 0°C ed = 0.85, per quello più interno T

1 1 2

=20°C con = 0.05. Trascurando effetti di ponte termico ai bordi calcolare:

2

2.1 il flusso termico per unità di superficie scambiato per convezione all’interno

dell’intercapedine, utilizzando la correlazione per Nusselt e le tabelle delle proprietà

dell’aria sotto riportate;

2.2 il flusso termico per unità di superficie scambiato per radiazione all’interno

dell’intercapedine;

2.3 la temperatura operante interna T in regime stazionario, noto lo spessore delle

OI

lastre pari a 5 mm, la conduttività termica del vetro pari a 1 W/(m K) e il coefficiente di

scambio convettivo radiativo aria T c

con l'ambiente interno h = p

cr_int

2 3

8 W/(m K). °C kg/m kg/(m.s) W/(m.K) J/(kg.K)

5

-10 1.326 1.661 10- 0.02336

Dati: 5

0 1.277 1.711 10- 0.02416 1008

-8 2 4

= 5,67 . 10 W/(m .K ) 5

10 1.232 1.761 10- 0.02496

b

Nu = a (Grs Pr)

s 5

20 1.189 1.811 10- 0.02576

con a = 0.035 e b = 0.38

Esercizio 3

Una sorgente luminosa puntiforme con intensità uniforme nelle varie direzioni assorbe una

potenza elettrica pari a 90 W. L’illuminamento prodotto in un punto P1, posto su un piano di

lavoro a distanza di 2 m dalla sorgente distante 50 cm dal piede della perpendicolare

sorgente-piano, è pari a 150 lux. Si determini:

3.1 l’illuminamento che la sorgente produrrebbe nel medesimo punto del pianto di lavoro se

la distanza sorgente-piano venisse ridotta ad 1,5 m;

3.2 l’efficienza luminosa della sorgente, assumendo che la potenza elettrica assorbita si

trasformi interamente in potenza raggiante. 17

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FTAFISED, Prof. A. Angelotti, A.A. 2014/15

Tema d’esame esercizi 3/9/15

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