Unità di misura dell’energia e della potenza

W, kWh, Btu, J, Caloria

Schema sintetico

Nell’utilizzo pratico e nella vita quotidiana, ci si imbatte in una varietà di unità di misura dell’energia e della potenza, con usi e valori specifici. Le unità di misura dell’energia pur essendo convertibili tra di loro, hanno peculiarità e ordine di grandezza differenti. Alcune grandezze appartengono al sistema internazionale, le altre invece sono diventate comunque di uso comune.

Watt (W)

E’ l’unità di misura della potenza e corrisponde alla capacità di eseguire una quantità di lavoro pari a 1 J in 1 secondo, quindi 1kW= 1.000 J/s . In campo elettrico 1 watt è equivalente al flusso di energia associato alla corrente elettrica di 1 ampère sotto la forza elettromotrice di 1 volt.

E’ espressa in watt W e kW ad esempio la potenza degli elettrodomestici, microonde, phon, ecc. Le pompe di calore speso preferiscono la notazione in btu rispetto ai kW di potenza termica, però il legame tra BTU e kW è abbastanza lineare:

kW = 3,400 btu

oppure una pompa di calore da

9.000 btu = 2.6 kW

12.000 btu = 3.5 kW

15.000 btu = 4.4 kW

Cavallo vapore CV

Il cavallo vapore CV, è una unità di misura della potenza non conforme al Sistema Internazionale. Benché nelle pubblicazioni scientifiche e nelle specifiche tecniche ufficiali si usi il chilowatt kW, multiplo del watt W, nelle pubblicazioni tecniche vengono spesso utilizzate entrambe le unità di misura. Tuttavia il cavallo vapore è ancora largamente utilizzato, principalmente a scopi commerciali, per indicare la potenza di mezzi di trasporto a motore e macchine industriali.

La conversione da cavalli vapore a kW, non sempre è univoca, poiché la conversione, in relazione al sistema di cavalli vapore considerato (vd. britannico, europeo, statunitense, ecc), può variare. In linea generale considerando il cavallo europeo DIN:

1 CV (europeo DIN) = 0,735 kW o 735 W

Notazioni del cavallo vapore in Europa

La notazione del cavallo vapore, pur avendo unificato i valori nel sistema DIN, possono variare da paese a paese

  • PS in Germania (Pferde Stärke, “forza del cavallo”)
  • pk nei Paesi Bassi (paardenkracht, “forza del cavallo”)
  • ch in Francia (chevaux, “cavalli”, sottinteso “vapore”, perché CV in Francia indica la potenza fiscale)
  • Л.С. in Russia (лошадиная сила, “forza del cavallo”)
  • hp in inglese (horsepower, “potenza del cavallo”)
  • CV in Italia, Spagna e Portogallo (cavallo vaporecaballo de vaporcavalo de vapor).

Kilowattora (kWh)

Il kilowattora è l’unita di misura standard, per il consumo e la produzione di energia elettrica. È equivalente all’energia erogata in 1 ora (3600 secondi) da un generatore della potenza di 1000 watt (1 kW). Quindi:

1 kWh = 3,6 x 106 J (valore esatto)

La relazione tra kWh e Btu dipende dal tipo di Btu utilizzato. Normalmente si adopera l‘International Table Btu e quindi risulta:

1 kWh = 3412,13 Btu

Le bollette dell’energia elettrica sono comunemente, espresse in kWh di consumo, oppure il consumo annuo stimato di elettrodomestici quali i frigoriferi.

British thermal unit (Btu)

Il Btu è l’unità di misura delle quantità di calore, nel sistema di misura inglese, definita come quantità di calore necessaria a innalzare di 1 °F la temperatura di 1 libbra di acqua pura; se ne adotta il valor medio tra punto di fusione e punto di ebollizione dell’acqua alla pressione di un’atmosfera.

I fattori di conversione tra BTU e calorie o joule sono:

1 Btu=

251,9958

cal

1 Btu=

1055

J

Si trovano nella letteratura tecnico-scientifica differenti “tipi” di Btu:

Btu termochimica

1 Btu = 1054,35 J

59 °F (15 °C) Btu

1 Btu = 1054,80 J

International Table Btu

IT = 1055,06 J

mean Btu

1 Btu = 1055,87 J

La “International Table BTU” è un particolare valore adottato dalla “Fifth International Conference on Properties of Steam”, Londra, 1956.

La Btu a livello commerciale è una misura in voga per le pompe di calore, che spesso vengono commercializzate indicando i BTU invece dei kW di potenza termica. 3410 BTU corrispondo a 1Kw di potenza termica, quindi una pompa di calore da 9.000 BTU corrisponde a circa 2.64 Kw termici, mentre una pompa da 12.000 BTU a circa 3.52 kW.

Joule (J) | Unità di misura dell’energia e del lavoro nel SI

Il joule è l’unità di energia di base nel sistema metrico decimale e, in una successiva formulazione più ampia, nel Sistema Internazionale di Unità (SI). Tra le unità di misura dell’energia è la più importante in fisica, ma è pressoché inutilizzata a livello non specialistico o commerciale.

1 J pari al lavoro svolto da una forza di 1 newton nello spostare il proprio punto di applicazione per la distanza di 1 metro nella medesima direzione della forza; 1 Joule equivale a 107 erg (l’erg è un’unità di misura che non deve più essere usata, ma può ancora apparire in vecchi documenti).

Caloria

Secondo una definizione tradizionale, una caloria è la quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di 1 grammo di acqua di 1 °C, da 14,5 °C a 15,5 °C (si parla a di caloria a 15 °C, che differisce leggermente dalla “caloria” misurata in altri intervalli di temperatura).

Successivamente, studi sulla natura del calore portarono a concepire una forma di “equivalenza”, o meglio di proporzionalità, tra calore e lavoro meccanico, nel senso che alla “sparizione” di una certa quantità di calore nelle macchine a vapore corrispondeva una determinata produzione di potenza motrice, viceversa la “dissipazione” di una certa quantità di lavoro corrispondeva alla produzione di calore. La caloria è stata quindi definita in termini di joule (l’unità di misura del lavoro) e il fattore di conversione è storicamente noto come “equivalente meccanico del calore”.

International Table calorie

Diverse definizioni di calorie sono ormai di uso comune, tra cui:

caloria termochimica

1 cal = 4,184 J (esatto)

caloria a 15 °C

1 cal = 4,1858 J

International Table calorie

1 cal = 4,1868 J (esatto)

caloria media

1 cal = 4,1900

La “International Table calorie” è stata adottata nelle pubblicazioni della Energy Information Administration del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE/EIA) e dell’Agenzia Internazionale per l’Energia dell’Organizzazione per la Cooperazione Economica e lo Sviluppo (OCSE / IEA) ma non esiste una prassi universalmente adottata al riguardo.

Per denotare la chilocaloria (kcal, pari a 1000 calorie) si può trovare utilizzata la Caloria, con l’iniziale maiuscola. Si fa presente che è ormai raccomandato l’uso esclusivo del joule, in luogo della caloria in tutti i contesti, legati all’energetica.

2021-01-01