Prova
scritta di Fisica Tecnica - 13.01.2003
(Ing. Meccanica, Navale, Elettrica,
dei Materiali, Elettronica)
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NOME e COGNOME CORSO
di LAUREA Voto
Due serbatoi, termicamente
isolati verso l’esterno, sono collegati tra loro mediante una valvola, come
schematizzato in figura. Inizialmente, il serbatoio 1 contiene m1 = 0.75 kg d’aria a t1 = 80 °C e p1 = 0.15 MPa, mentre il
serbatoio 2 contiene m2
= 1.0 kg d’aria a t2 =
50 °C e p2 = 0.2 MPa.
Dopo l’apertura della
valvola, le due masse d’aria si mescolano, e viene raggiunta una condizione di
uniformità (pf, tf) sia per la pressione che
per la temperatura.
Utilizzando un
modello di gas ideale (
= 8.314 kJ/(kmol K)) con Ma
= 28.97 kg/kmol e k = cp/cv = 1.4,
calcolare:
1.
La temperatura finale tf, espressa in [°C];
2.
La pressione finale pf,
espressa in [MPa];
3.
La generazione di entropia ()if, espressa in [kJ/K].
Esercizio 2
Una portata d'acqua = 0.15 kg/s scorre all'interno di un condotto a sezione
quadrata, il cui lato è pari
a H = 2 cm. Le pareti del condotto sono mantenute ad una
temperatura uniforme e pari a Ts
= 100 °C.
Determinare la lunghezza del
canale necessaria per riscaldare l’acqua da Tm,i
= 30 °C a Tm,o = 70
°C.
Note:
§
Per l'acqua si assumano - ad
un'opportuna temperatura - le seguenti proprietà termofisiche:
r = 987 kg/m3; c = 4.18 kJ/(kg K); m = 552´10-6 kg/(m s);
k = 0.643 W/(m K); Pr= 3.60
§
Per valutare il coefficiente di
scambio termico convettivo dell'acqua all'interno del condotto, si utilizzi,
giustificando, la correlazione di Dittus-Boelter:
dove L e Dh
rappresentano, rispettivamente, la lunghezza ed il diametro idraulico
della tubazione, e l'esponente n assume i valori:
n = 0.4 nel caso di riscaldamento (Ts > Tm)
n = 0.3 nel caso di raffreddamento (Ts < Tm)
Soluzioni
Esercizio 1
Esercizio 2
L = 2.66 m