a.a. 2015-16 IMPIANTI MECCANICI
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Esercitazione
n. 1
ASSET MANAGEMENT
DIAGRAMMA DI GANTT
Redigere il diagramma di Gantt per la realizzazione di una generica opera costituita dalle
seguenti attività.
Attività Tempo Precedenza
A 3 -
B 6 A
C 2 B
D 4 -
E 5 A
F 7 D
G 6 F
H 6 F
I 3 F
L 8 H
M 5 I
N 7 L,I
O 3 N
P 6 O
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Esercitazione
n. 2
ANALISI ECONOMICA
ANALISI COSTI-RICAVI
Si valuti dal punto di vista economico il miglior investimento tra due alternative di
impianti produttivi che presentano i seguenti ricavi e costi d’impianto e d’esercizio.
Costi/Ricavi Alternativa
A B
Impianto [€] -1.000.000 -1.400.000
Esercizio [€/anno] -100.000 -75.000
Ricavi [€/anno] +400.000 +500.000
La vita utile dell’impianto è pari a 10 anni.
Effettuare il calcolo con e senza tasso di attualizzazione (pari al 5%).
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Esercitazione
n. 3
ANALISI ECONOMICA
VALUTAZIONE ECONOMICA DEGLI INVESTIMENTI
Valutare la convenienza economica dell'installazione di un impianto fotovoltaico per la
produzione di energia elettrica. Le caratteristiche tecniche e costi dell'impianto sono i
seguenti:
Potenza di picco: 200 kWp;
Costo d'impianto specifico: 1.100 €/kWp;
Produzione energetica specifica media annua: 1.350 kWh/( kWp anno);
Costo di esercizio annuo: 0,5% del costo d'impianto;
Costo di manutenzione straordinaria (al decimo anno): 30.000 €;
Costo di dismissione: 5.000 €.
Il costo dell'energia elettrica è pari 0,16 €/kWh.
La vita utile dell’impianto è pari a 20 anni, mentre il tasso di attualizzazione è pari al 5%.
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Esercitazione
n. 4
ANALISI ECONOMICA
BREAK EVEN POINT
Determinare il Break Even Point di un impianto produttivo caratterizzato dai seguenti
dati:
Costi:
o Fissi: 7.000 €
o Variabili: 0,25 €/kg
Ricavi:
o Mancato smaltimento 1,75 €/kg
o Vendita prodotto trattato: 0,50 €/kg
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Esercitazione
n. 5
APPROVVIGIONAMENTO IDRICO
DIMENSIONAMENTO RETE IDRICA APERTA
Dimensionare tramite il metodo a velocità costante la seguente rete di distribuzione
dell’acqua industriale, del tipo a pettine con tubazioni in acciaio (rappresentata in vista
laterale). Determinare:
diametro commerciale delle tubazioni del ramo principale e di quelli secondari;
portata e prevalenza della pompa;
elenco materiali;
costi dell'energia elettrica (tempo di funzionamento 8200 h/anno, costo unitario 0,16
€/kWh).
1
6
P3=3 atm
2
3
P5=2,5 atm5
20
32
3
4
15
6P6=4 atm
10
4
Utenza Pressione [atm] Portata [m3/h]
3 3 5
5 2,5 4
6 4 6
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Esercitazione
n. 6
APPROVVIGIONAMENTO IDRICO
SERBATOIO DI ACCUMULO
La seguente rete di distribuzione dell’acqua industriale (riprodotta in vista laterale) è
collegata ad un serbatoio di accumulo e serve tre utenze aventi rispettivamente i seguenti
diagrammi di richiesta.
1
2
3
53
1
La pressione richiesta dalle utenze è pari a 3 bar.
Determinare:
volume e altezza del serbatoio di accumulo sopraelevato (trascurando le perdite di
carico);
la portata della pompa di adduzione al serbatoio.
6
3 4
16
12
6
4 3
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1 2 3 4 5 6 7 8
V [
m3
/h
]
3 3
8
18 18
7
2
6
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1 2 3 4 5 6 7 8
V [
m3
/h
]
5 4
3
18
10
7
4
6
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1 2 3 4 5 6 7 8
V [
m3
/h
]
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Esercitazione
n. 7
APPROVVIGIONAMENTO IDRICO
AUTOCLAVE
La seguente rete di distribuzione dell’acqua industriale (riprodotta in vista laterale) è
collegata ad un’autoclave e serve tre utenze aventi rispettivamente i seguenti diagrammi
di richiesta.
1
2
3
53
1
Il range di pressione di lavoro delle utenze è compreso tra 1 e 3,2 atm.
Determinare:
dimensione del volume (aria e acqua) dell’autoclave;
portata della pompa di adduzione.
10 10
4 4
6 6
8 8
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8
V [
m3
/h
]
3 3
9 9 9
7 7 7
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 2 3 4 5 6 7 8
V [
m3
/h
] 5 5 5
2 2
7 7 7
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1 2 3 4 5 6 7 8
V [
m3
/h
]
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Esercitazione
n. 8
PSICROMETRIA
DIAGRAMMA DI MOLLIER
Completare la seguente tabella con i dati mancanti da ricavare tramite il diagramma di
Mollier dell’aria umida.
# T [°C] ϕ [%] x [gv/kga] v [m3/kga] h [kJ/kga]
1 25 10
2 20 65
3 30 20
4 15 65
5 20 40
6 40 0,875
7 35 20
8 100 45
9 50 15
10 40 0,925
11 10 5
12 50 80
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Esercitazione
n. 9
PSICROMETRIA
TRASFORMAZIONI ELEMENTARI
1. Miscelazione. Si determinino le condizioni finali (Mf, xf, hf) della miscela ottenuta dalla
miscelazione delle seguenti portate di aria umida:
M1 = 1000 kga/h x1 = 15 gv/kga h1 = 65 kJ/kga
M2 = 2000 kga/h x2 = 5 gv/kga h2 = 25 kJ/kga
2. Riscaldamento. Determinare le condizioni di arrivo di una portata di aria umida di 1000
kga/h che attraversa una batteria calda di potenza pari a 3 kW, a partire dalle condizioni
iniziali di T1 = 25°C e h1 = 45 kJ/kg.
3. Riscaldamento.Determinare la potenzialità della batteria calda per il riscaldamento di
una portata di aria umida di 2500 kga/h, a partire dalle condizioni iniziali di T1 = 20°C e ϕ1
= 50%, per arrivare ad una umidità relativa del 20%.
4. Raffreddamento. Determinare le condizioni di arrivo di una portata di aria umida di
2000 kga/h che attraversa una batteria fredda di potenza pari a 4 kW a partire dalle
condizioni iniziali di T1 = 35°C e h1 = 45 kJ/kg.
5. Raffreddamento. Calcolare le condizioni di arrivo di una portata di aria umida di 2000
kga/h che attraversa una batteria fredda di potenza pari a 10 kW, a partire dalle condizioni
iniziali di T1 = 20°C e h1 = 45 kJ/kg.
6. Raffreddamento e deumidificazione. Data una portata di 1500 kga/h le cui condizioni
iniziali siano quelle di x1 = 10 gv/kga, ϕ1 = 30%, determinare la potenzialità della batteria
fredda per il raffreddamento fino ad una temperatura finale T2 pari a 5°C. Calcolare la
massa d’acqua condensata.
7. Umidificazione adiabatica. Determinare la portata di acqua da somministrare ad una
portata di aria umida di 2000 kga/h per passare dallo stato iniziale identificato da T1 = 25°C
e ϕ1 = 0,4 fino a portarla a ϕ2 = 0,8 attraverso un’umidificazione adiabatica.
8. Umidificazione adiabatica. Determinare la portata di acqua da somministrare ad una
portata di aria umida di 4000 kga/h per passare dallo stato iniziale identificato da T1 = 30°C
e h1 = 45 kJ/kg fino a portarla a saturazione attraverso un’umidificazione adiabatica.
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Esercitazione
n. 10
PSICROMETRIA
IGROMETRO DI WATSON
Completare la tabella seguente utilizzando il Diagramma di Mollier.
# TBS [°C] TBU [°C] TRUG [°C] ϕ [%]
1 25 12
2 30 10
3 35 30
4 10 50
5 25 12
6 30 60
7 20 100
8 15 10
9 28 15
10 10 50
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Esercitazione
n. 11
CLIMATIZZAZIONE
CALCOLO TRASMITTANZA
Calcolare la trasmittanza delle seguenti strutture (con i = 8 W/(m2 K), e = 23 W/(m2 K)).
# Descrizione s [cm] l [W/(m K)]
1 Intonaco calce e gesso 1,5 0,70
2 Laterizio forato 8 cm 8 0,36
3 Polistirene 6 0,039
4 Laterizio forato 12 cm 12 0,36
5 Intonaco calce e cemento 1,5 0,90
# Descrizione s [cm] l [W/(m K)]
1 Intonaco calce e gesso 1,5 0,70
2 Parete in CLS con argilla espansa 20 0,44
3 Poliuretano 8 0,032
4 Intonaco calce e cemento 1,5 0,90
# Descrizione s [cm] l [W/(m K)]
1 Intonaco calce e gesso 1,5 0,70
2 Laterizio forato 8 cm 8 0,36
3 Pannello di sughero espanso 8 0,05
4 Laterizio forato 12 cm 12 0,36
5 Intonaco calce e cemento 1,5 0,90
Ripetere il calcolo determinando lo spessore di isolante tale da ottenere un valore di
trasmittanza pari a 0,34 W/(m2 K).
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Esercitazione
n. 12
CLIMATIZZAZIONE
CALCOLO DISPERSIONI TERMICHE AMBIENTE
Calcolare il valore delle dispersioni termiche per il seguente capannone industriale (Ti =
20°C, Te = 3°C, Tterreno = 15°C, 1 ricambio/h):
7
16
4
4
4
1
5 1
141
5
N
Struttura U [W/(m2 K)]
Pareti opache verticali 0,33
Soffitto 0,30
Pavimento 0,35
Infissi vetrati 1,8
Porta ingresso 1,7
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Esercitazione
n. 13
CLIMATIZZAZIONE
DIMENSIONAMENTO U.T.A. (FUNZIONAMENTO IN RAFFRESCAMENTO)
I carichi termici che agiscono su un locale industriale avente volume pari a 4.000 m3 sono i
seguenti:
Calore sensibile: Qs = 24 kW
Calore latente: Ql = 6 kW
La lavorazione che si svolge all’interno del suddetto ambiente richiede il mantenimento di
condizioni interne identificate da Ti=26°C e i=50% e 1 ricambio/h d’aria esterna.
Note le condizioni di riferimento esterne (Te=32°C e e=52%) per la località in cui si trova
ubicato l’impianto industriale, determinare:
potenzialità della batteria fredda;
potenzialità della batteria di post-riscaldamento.
Riportare nel diagramma di Mollier i punti caratteristici del ciclo ottenuto.
a.a. 2015-16 IMPIANTI MECCANICI
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Esercitazione
n. 14
CLIMATIZZAZIONE
DIMENSIONAMENTO U.T.A. (FUNZIONAMENTO IN RISCALDAMENTO)
Un locale industriale avente volume pari a 3.000 m3 presenta le seguenti dispersioni
termiche:
Calore sensibile: Qs = 18 kW
Calore latente: Ql = 3 kW
La lavorazione che si svolge all’interno del suddetto ambiente richiede il mantenimento di
condizioni interne identificate da ti=18°C e i=40% e 1,5 ricambi/h d’aria esterna.
Note le condizioni di riferimento esterne (te=3°C e e=70%) per la località in cui si trova
ubicato l’impianto industriale, determinare:
potenzialità della batteria calda;
portata di acqua immessa dall’umidificatore.
Riportare nel diagramma di Mollier i punti caratteristici del ciclo.
a.a. 2015-16 IMPIANTI MECCANICI
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Esercitazione
n. 15
CLIMATIZZAZIONE
DIMENSIONAMENTO U.T.A. (FUNZIONAMENTO IN RAFFRESCAMENTO-RISCALDAMENTO)
Di seguito si riportano i carichi e le dispersioni termiche di un locale industriale avente
volume pari a 6000 m3:
CARICO DISPERSIONE
Calore sensibile: Qs = 35 kW Qs = 32 kW
Calore latente: Ql = 5 kW Ql = 6 kW
La lavorazione che si svolge all’interno del suddetto ambiente richiede il mantenimento di
condizioni interne identificate da ti=22°C e i=50% e 1 ricambio/h d’aria esterna.
Note le condizioni di riferimento esterne (in estate: te=32°C e e=52%, in inverno: te=3°C e
e=70%) per la località in cui si trova ubicato l’impianto industriale, dimensionare le
diverse sezioni dell’U.T.A..
Riportare nel diagramma di Mollier i punti caratteristici dei cicli ottenuti.
a.a. 2015-16 IMPIANTI MECCANICI
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Esercitazione
n. 16
ILLUMINAZIONE
METODO DEL FLUSSO TOTALE
Con l’ausilio della documentazione allegata, si effettui il dimensionamento di massima
dell’impianto di illuminazione per un ufficio tecnico open-space avente dimensioni in
pianta pari a 8x12 m2 e altezza totale pari a 3,2 m.
Le strutture interne hanno le seguenti colorazioni:
soffitto: vernice avorio;
pareti: azzurro cielo.
Il coefficiente di riflessione del pavimento è pari al 20%.
Si effettui:
scelta del tipo di lampade;
si determini il numero di apparecchi illuminanti da installare
si indichi una possibile disposizione delle lampade.
a.a. 2015-16 IMPIANTI MECCANICI
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Esercitazione
n. 17
ILLUMINAZIONE
VERIFICA CON IL METODO PUNTO PER PUNTO
Per l’illuminazione di un locale
sono state utilizzati apparecchi
illuminanti dotati di lampade con
flusso luminoso pari a 7,5 klm. Il
solido fotometrico del centro
illuminante è riportato nella
figura a lato (intensità luminosa
in cd/klm).
Le lampade sono montate con
un'altezza di sospensione di 3 m
sopra il piano di lavoro e
disposte in ambiente come
riportato nella pianta di seguito
riportata.
L'impianto deve essere in grado
di soddisfare una richiesta di
illuminamento pari a 400 lux.
Si effettui la verifica
dell'impianto attraverso:
1. verifica del valore di illuminamento richiesto;
2. rapporti Emin/Emax e Emin/Emed.
1,5 3 1,5
12
1
a.a. 2015-16 IMPIANTI MECCANICI
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Esercitazione
n. 18
ILLUMINAZIONE
VALUTAZIONE ECONOMICA INTERVENTO DI EFFICIENTAMENTO ENERGETICO
Si valuti dal punto di vista economico la possibilità di sostituire le lampade esistenti di un
edificio industriale con componenti aventi maggiore efficienza energetica.
Dati generali
φ = 200.000 lm
N = 40 lampade
hf = 2.000 h/a
cE = 0,18 €/kWh
Situazione esistente: lampade a vapori di mercurio a bassa pressione
µ = 70 lm/W
cS = 20 €/lampada
MTTF = 8.000 h
Intervento proposto: lampade a LED
µ' = 160 lm/W
cI = 200 €/lampada
cS' = 25 €/lampada
MTTF' = 50.000 h
Valutare Pay Back Period e Valore Attuale Netto a 10 anni (i = 5%).