Termodinamica: esercizi

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ESERCIZIO 2

Un motore per autovettura con una potenza utile di 50 kW ha un rendimento termico del 24%. Si determini la portata di

combustibile consumato da questa autovettura sapendo che il combustibile utilizzato ha un potere calorifico di 44

MJ/kg. T T

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ESERCIZIO 3

La cella di un frigorifero viene mantenuta alla temperatura di 4°C asportando dalla cella la potenza termica di 6 kW. Se la

potenza elettrica richiesta dal frigorifero per il suo funzionamento è di 2 kW, si determini: a) l’effetto frigorifero

specifico; b) la potenza termica ceduta all’ambiente dal condensatore.

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ESERCIZIO 3

La cella di un frigorifero viene mantenuta alla temperatura di 4°C asportando dalla cella la potenza termica di 6 kW. Se la

potenza elettrica richiesta dal frigorifero per il suo funzionamento è di 2 kW, si determini: a) l’effetto frigorifero

specifico; b) la potenza termica ceduta all’ambiente dal condensatore.

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ESERCIZIO 4

Per sopperire al fabbisogno termico di una casa e mantenere la temperatura interna a 20°C si ricorre all’uso di una pompa di

calore. In un giorno nel quale la temperatura esterna cala fino a -2°C, si stima che la casa dissipi una potenza termica di 20 kW.

Sapendo che la pompa di calore in queste condizioni ha un COP di 2.5, si determini: a) la potenza elettrica assorbita dalla

pompa di calore; b) la potenza termica assorbita dall’aria esterna.

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ESERCIZIO 4

Per sopperire al fabbisogno termico di una casa e mantenere la temperatura interna a 20°C si ricorre all’uso di una pompa di

calore. In un giorno nel quale la temperatura esterna cala fino a -2°C, si stima che la casa dissipi una potenza termica di 20 kW.

Sapendo che la pompa di calore in queste condizioni ha un COP di 2.5, si determini: a) la potenza elettrica assorbita dalla

pompa di calore; b) la potenza termica assorbita dall’aria esterna.

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ESERCIZIO 5

Il motore termico di Carnot, riceve 500 kJ sotto forma di calore per ogni ciclo da una sorgente ad alta temperatura a 652 °C e

scarica verso un pozzo a 30°C. Si determinino: a) il rendimento termico di questo motore termico di Carnot; b) la quantità di

calore scaricata per ogni ciclo verso il pozzo.

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ESERCIZIO 5

Il motore termico di Carnot, riceve 500 kJ sotto forma di calore per ogni ciclo da una sorgente ad alta temperatura a 652 °C e

scarica verso un pozzo a 30°C. Si determinino: a) il rendimento termico di questo motore termico di Carnot; b) la quantità di

calore scaricata per ogni ciclo verso il pozzo.

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ESERCIZIO 6

Si intende usare una pompa di calore durante l’inverno per riscaldare una casa. Se per mantenere la temperatura della casa a

20°C, con una temperatura esterna di -5°C, occorre fornire una potenza termica di 37,5 kW, si determini la minima potenza

meccanica richiesta dalla pompa di calore per soddisfare questo fabbisogno di energia termica.

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ESERCIZIO 6

Si intende usare una pompa di calore durante l’inverno per riscaldare una casa. Se per mantenere la temperatura della casa a

20°C, con una temperatura esterna di -5°C, occorre fornire una potenza termica di 37,5 kW, si determini la minima potenza

meccanica richiesta dalla pompa di calore per soddisfare questo fabbisogno di energia termica.

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TEMA D’ESAME – 20/01/2022

Una macchina termica a ciclo diretto opera tra due sorgenti a temperatura T1 = 210 °C e T2 = 35 °C, con un

rendimento pari al 75% di quello di una macchina ideale di Carnot.

Sapendo che la macchina genera una potenza meccanica di 18 kW, si chiede di calcolare:

• il rendimento reale della macchina;

• le potenze termiche scambiate con le due sorgenti;

• le potenze termiche che scambierebbe una macchina ideale di Carnot.

Svolgimento:

T = 210 = 483,15 K T = 35 = 308,15 K

°C °C

1 1

η = (T -T ) / T = (483,15 – 308,15) / 483,15 = 0,362

Carnot 1 2 1

η = 0,75 x η = 0,75 x 0,362 = 0,27 = 27%

reale Carnot

Q = L / η = 18 / 0,27 = 66,3 kW

1 reale

Q = Q - L = 66,3 – 18 = 48,3 kW

2 1

Q = L / η = 18 / 0,362 = 49,7 kW

1 Carnot Carnot

Q = Q – L = 49,7 – 18 = 31,7 kW

2 Carnot 1Carnot

TEMA D’ESAME – 05/09/2022

Una macchina termica a ciclo diretto opera tra due sorgenti. La prima ha una temperatura pari a 270 °C, mentre la

seconda ha una temperatura di 230 °C inferiore. Nel complesso, la macchina opera con un rendimento pari all’80%

rispetto a quello di una macchina ideale di Carnot.

Sapendo che viene generata una potenza meccanica di 23 kW, si calcoli:

• il rendimento reale della macchina;

• le potenze termiche scambiate con le due sorgenti;

• le potenze termiche che scambierebbe una macchina ideale di Carnot.

Svolgimento:

T = 270 = 543,15 K T = (270 – 230) = 40 = 313,15 K

°C °C °C

1 2

η = (T -T ) / T = (543,15 – 313,15) / 543,15 = 0,423

Carnot 1 2 1

η = 0,80 x η = 0,80 x 0,423 = 0,339 = 34%

reale Carnot

Q = L / η = 23 / 0,34 = 67,9 kW

1 reale

Q = Q - L = 67,9 – 23 = 44,9 kW

2 1

Q = L / η = 23 / 0,423 = 54,3 kW

1 Carnot Carnot

Q = Q – L = 54,3 – 23 = 31,3 kW

2 Carnot 1Carnot