Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 11.07.2006
Fisica Tecnica VO e Fisica Tecnica II NO AA 2005-06 – Esercizi 1 e 2
NO AA 2004-05 e precedenti: Fisica Tecnica I – solo Esercizio 1; Fisica Tecnica II – solo Esercizio 2
(Ing. Meccanica, Navale,
Elettrica, dei Materiali)
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NOME e COGNOME CORSO di LAUREA Voto/i
Un
impianto per la produzione di energia elettrica opera secondo un ciclo Rankine
a risurriscaldamento di vapore, ed è schematizzato in figura.
La potenza fornita dall’impianto è pari a 80 MW, ed il vapore entra
nella sezione ad alta pressione della turbina alla pressione p3 = 10 MPa e temperatura t3 =
= 0.80.
Servendosi
dell’allegato diagramma (h,s) del
vapore, e nelle ipotesi di poter trascurare le perdite di carico nel generatore
e nel condensatore e le variazioni di energia cinetica e potenziale in tutte le
trasformazioni, tracciare il ciclo sul piano (T,s) e calcolare:
1)
Il titolo, o la
temperatura se surriscaldato, del vapore all’uscita dello stadio a bassa
pressione della turbina;
2)
Il rendimento η del ciclo;
3)
La portata in
massa del vapore.
Nota:
Si assuma per l’acqua, in fase liquida, cl =
4.187 kJ/(kg K) e v = 1×10-3 m3/kg.
Uno
scambiatore di calore, di tipo controcorrente a tubi concentrici, è utilizzato
per il raffreddamento dell'olio lubrificante di un turbomotore a gas. La
portata dell'acqua di raffreddamento nel tubo interno, di diametro esterno Dte
= = 0.12 kg/s, mentre la portata di olio lubrificante, nella
sezione anulare di diametro esterno Dae =
Le
temperature di ingresso dell'olio e dell'acqua sono pari, rispettivamente, a th,i =100 °C e tc,i
= 25 °C.
Nelle ipotesi di:
·
Scambiatore
perfettamente isolato con l'esterno;
·
Tubazione interna
realizzata in acciaio AISI 304 (kacc
= 14.9 W/(m K));
Determinare:
1)
I valori dei
coefficienti convettivi lato interno hi
(acqua) e lato esterno he (olio);
2)
Il valore del
coefficiente globale di scambio termico U
(trasmittanza);
3)
La lunghezza
della tubazione affinché la temperatura di uscita dell'olio sia pari a th,o = 75 °C.
Note
§
Si
assumano le seguenti proprietà termofisiche:
Acqua: cac = 4178 J/(kg K); mac = 725´10-6 Ns/m2; kac = 0.625 W/(m K)
Olio: col
= 2131 J/(kg K); mol = 3.25´10-2 Ns/m2; kol = 0.138 W/(m K)
§
Per
valutare i coefficienti convettivi, si faccia uso delle correlazioni:
dove D rappresenta, rispettivamente, il diametro della tubazione interna per
l'acqua, ed il diametro idraulico del canale a sezione anulare per l'olio.
Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 11.07.2006
Soluzioni
Esercizio
1
1)
t6 =
2)
η = 0.341
3)
= 62.6 kg/s
Esercizio 2
1) hi
= 3133 W/(m2 K)
he = 24.1 W/(m2 K)
2)
Ui = 27.41 W/(m2
K) (riferita al diametro interno Dti
della tubazione)
3) L =