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[Risolto] Problema di fisica

  

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Il lago di Livigno, in provincia di Sondrio, è delimitato da una grande diga e ha una superficie approssimabile a un rettangolo, con una lunghezza di circa $13 \mathrm{~km}$ e una larghezza media di $350 \mathrm{~m}$. L'acqua del lago viene fatta scendere dentro grandi condotte verso una centrale elettrica, dove l'energia cinetica che ha acquisito durante la discesa viene trasformata in energia elettrica. In inverno, in 4 mesi, il livello del lago si abbassa di circa $16 \mathrm{~m}$ poiché l'acqua che viene utilizzata per la produzione elettrica non viene rimpiazzata dagli affluenti, tutti sostanzialmente gelati.

a Stima il volume di acqua utilizzato per la produzione di energia elettrica durante i 4 mesi invernali.
La centrale dove avviene la produzione di energia

elettrica si trova $120 \mathrm{~m}$ sotto il livello a cui si trova lacqua all'inizio dell'inverno.
b Circa l' $80 \%$ dell'energia potenziale gravitazionale che l'acqua perde scendendo verso la centrale viene convertita in energia elettrica. Stima quanta energia elettrica produce la centrale nei 4 mesi invernali.
c In genere, un appartamento può assorbire al massimo una potenza di $3 \mathrm{~kW}$. Stima la potenza erogata dalla centrale elettrica di Livigno nei mesi invernali e qual è il numero minimo di appartamenti che può alimentare.

 

Salve, devo svolgere questo problema di fisica, ma non so come devo svolgerlo,vorrei un aiuto su come partire. Grazie mille.

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Dopo quattr'ore dalla richiesta rèputo di poter rispondere senza danni gravi.
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* a = 13 km = 13000 m
* b = 350 m
* c = 16 m
* h = 120 m
* η = 80% = 4/5
* p = 3 kW = 3000 W
* g = 9.80665 = 196133/20000 m/s^2 (accelerazione di gravità, standard SI)
* V = volume (quesito a)
* E = energia prodotta (quesito b)
* P = potenza erogata (quesito c)
* Δt = "i 4 mesi invernali" = intervallo [22 dicembre, 20 marzo] =
** febbraio standard = 89 giorni = 7689600 s
** febbraio bisestile = 90 giorni = 7776000 s
*** aggiungere un secondo se il 31 dicembre ha il minuto da 61 secondi.

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a) Stima del volume
* V = a*b*c = 13000*350*16 = 728*10^5 m^3 = 0.0728 km^3
Portata minima
* V/ΔtMax = 728*10^5/7776001 ~= 9.362 m^3/s
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b) Stima delle energie
b1) Energia potenziale
Il dislivello h = 120 m è quello all'inizio dell'inverno; alla fine è c = 16 m in meno, cioè 104 m. Quello medio è Δz = d = 112 m.
Poiché il Lago del Gallo (Livigno) è d'acqua dolce di montagna assumo che la sua acqua abbia densità media ρ = 1000 kg/m^3.
Si ha
* m*g*d = ρ*V*g*d = 1000*(728*10^5)*(196133/20000)*112 = 7.995950144*10^13 J
b1) Energia elettrica
* E = η*m*g*d = (4/5)*7.995950144*10^13 = 6.3967601152*10^13 J
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c) Stima della potenza
* P = E/Δt =
c1a) = 63967601152000/7689600 = 8318716 + 812/2403
c1b) = 63967601152000/7689601 = 8318715 + 1969285/7689601
c2a) = 63967601152000/7776000 = 8226286 + 38/243
c2b) = 63967601152000/7776001 = 8226285 + 765715/7776001
quindi con
* (8318716 + 8226285)/2 = 8272500.5
* (8318716 - 8226285)/2 = 46215.5
si può presentare la ragionevole stima
* P = E/Δt = (8.27 ± 0.05) MW
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AVVERTENZA RASSICURANTE
Usando il calcolatore al link
http://www.ediltool.com/main/strumenti-di-calcolo/idraulica/calcolo-potenza-idroelettrica/
con i dati (che devono essere interi)
* (portata, dislivello, rendimento) = (9, 112, 80)
si ottiene l'output
* Potenza idroelettrica P = 790272 kW
e 878080 kW con 10 m^3/s
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c') Stima del numero minimo nMin di carichi da 3000 W
* nMin = floor(Pmin/pMax) = floor((63967601152000/7776001)/3000) = 2742

 



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Opera Snapshot 2021 09 02 093806 www.google.it

Conosco Livigno, il suo lago, la diga in località "punt dal gall", l'immissario torrente Spöl e il contenzioso internazionale sorto tra Italia e Svizzera e dovuto all'intenzione dell'Italia di utilizzare le acque dello Spöl per alimentare i bacini di S. Giacomo e Cancano (cosa alla quale la Svizzera si opponeva stante il fatto che lo Spöl nasce e rientra in territorio svizzero dopo aver attraversato un tratto di territorio italiano ove si trova Livigno).

Al contenzioso pose fine un accordo che prevedeva :

# la realizzazione di un bacino (con diga) in territorio italiano

# il diritto degli svizzeri di sfruttarne l'energia potenziale gravitazionale a mezzo di una centrale idroelettrica

# il diritto degli italiani di utilizzare parte dell'acqua dello Spöl  per alimentare i nostri succitati bacini .

ciò premesso : 

Volume "idraulico" = 1,3*10^4*3,5*10^2*1,6*10 = 7,28*10^7 m^3

salto utile h = 120-16/2 = 112m 

Energia "lorda" Eg = m*g*h  = 7,28*10^(7+3)*9,806*112 = 8,00*10^13 joule 

energia netta  E = Eg*0,80 = 6,4*10^13 joule 

poiché 1 MWh vale 10^6*3,6*10^3 = 3,6*10^9 joule , l'energia prodotta vale 1,78*10^4 MWh 

tempo t = 30*4*24= 2,880*10^3 h 

potenza media P = E/t  = 1,78*10^4 MWh / 2,880*10^3 h = 6,181 MW 

n = 6,18*10^3/3 = 2.060 appartamenti 



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