Calore sensibile ed equilibrio termico Esercizio 36

Silvano Tordini © by Mondadori Education S.p.A.
Calore sensibile ed equilibrio termico
Esercizio 36
Calcolare in quanto tempo una caldaia domestica, della potenza nominale di 24 kW e rendimento
0,92, riesce a portare l’acqua, contenuta nel suo boiler di 100 litri, dalla temperatura di prelievo
della rete idrica di 12 °C a quella di accumulo di 60 °C. Si stima un rendimento termico del boiler di
0,98.
SOLUZIONE COMPLETA
Scambiatore
ad accumulo
(boiler)
caldaia
Il volume del liquido contenuto nel boiler ha la
massa di 100 kg, poiché si tratta di 100 litri di
acqua la cui densità è 1 kg/dm3.
al circuito
di utilizzo
Per determinare il tempo necessario alla caldaia
per riscaldare 100 kg di acqua, occorre calcolare la
potenza termica utile del boiler.
Per svolgere tale operazione ci si può riferire al
seguente schema a blocchi:
acqua dalla
rete idrica
P
caldaia
Putile caldaia
ηc=0,92
boiler
Putile boiler
ηb=0,98
Si calcola la potenza utile della caldaia Pc
Pc = η c ⋅ P
Pc = 0,92 ⋅ 24 = 22,08 kW
e quindi la potenza utile del boiler Pb
Pb = η b ⋅ Pc
Pb = 0,98 ⋅ 22,08 = 21,638 kW ovvero 21.638 W
Quest’ultimo valore costituisce la potenza termica che acquisisce l’acqua, per cui si può procedere
al calcolo del tempo di riscaldamento ricordando che la potenza termica è data dall’energia termica
scambiata nell’unità di tempo:
Qacqua
Qacqua
Pb =
tempo =
tempo
Pb
Il calcolo dell’energia termica necessaria al riscaldamento dell’acqua, in forma sensibile, è
eseguibile con la relazione che segue:
Qacqua = m ⋅ c ⋅ (t 2 − t 1 )
Qacqua = 100 ⋅ 4187 ⋅ (60 − 12) = 20.097.600 J
e quindi si può determinare il tempo:
tempo =
20.097.600
= 928,81 s cioè anche 15 min 29 s
21.638