Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 11.01.2005

Fisica Tecnica – Esercizi 1 e 2;    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

 

Esercizio 1

Un impianto frigorifero domestico con congelatore, opera con R134a e funziona secondo lo schema di figura, nel quale vi sono due evaporatori A e B, funzionanti rispettivamente alla temperatura t4 e t7, mentre il condensatore funziona alla pressione p2 = p3. All’uscita dell’evaporatore A la portata  di fluido refrigerante, nelle condizioni 5, viene laminata e portata alla medesima pressione della portata  in uscita dall’evaporatore B alle condizioni 8, e con questa miscelata adiabaticamente prima dell’ingresso nel compressore alle condizioni 1.

Noti i flussi termici asportati nei due evaporatori,  e , e nelle ipotesi che la compressione sia isoentropica, che all’uscita del condensatore si abbia liquido saturo, ed all’uscita degli evaporatori si abbia vapore saturo secco, tracciare qualitativamente il ciclo sui piani (p, h) e (T, s) e, servendosi del diagramma allegato, calcolare:

1)     La portata di refrigerante nell’evaporatore A, ;

2)     La portata di refrigerante nell’evaporatore B, ;

3)     L’entalpia del fluido refrigerante dopo la miscelazione, h1;

4)     La potenza meccanica spesa al compressore, ;

5)     Il flusso termico smaltito dal condensatore, ;

6)     Il coefficiente di effetto utile del ciclo ε, definito sempre come rapporto fra effetto utile e potenza spesa.

 

 

TEMA

t4 [°C]

t7 [°C]

p2 [MPa]

 [kW]

 [kW]

A

5

-20

1

1.0

0.5

B

5

-10

1

1.5

0.65

 

 

 

 

 

Esercizio 2

Un termosifone ha la forma di una piastra rettangolare sottile, disposta verticalmente, avente altezza H e larghezza W. La piastra, la cui temperatura superficiale è pari a tp, è collocato in una stanza in cui l’aria è alla temperatura t, mentre le pareti hanno una temperatura superficiale tamb = t. Sapendo che l’emissività della superficie della piastra è pari a ε, calcolare:

       1)       La potenza termica scambiata dalla piastra per convezione, qcon [W];

       2)       La potenza termica scambiata dalla piastra per irraggiamento, qirr [W].

Note:

§       Per valutare il coefficiente di scambio termico convettivo, si utilizzi, giustificando, la correlazione di Churchill e Chu (Int. J. Heat Mass Transfer, 1975), valida per lastre piane e cilindri di diametro elevato disposti verticalmente:

§       Per le proprietà termodinamiche dell’aria, si faccia uso della tabella allegata.

§       La costante di Stefan-Boltzmann vale  σ = 5.67´ 10-8 W/(m2K4)

TEMA

H [m]

W [m]

tp [°C]

t [°C]

ε

A

0.65

1.10

70

20

0.8

B

0.60

0.95

60

20

0.7

 


 

 

 

 

 

Soluzioni

 

Esercizio 1

 

Gruppo A

Gruppo B

       1)             = 6.87×10-3 kg/s

       2)             = 3.83×10-3 kg/s

       3)            h1 = 396 kJ/kg

       4)             = 0.48 kW

       5)             = 1.98 kW

       6)            ε = 3.13

       1)             = 10.31×10-3 kg/s

       2)             = 4.76×10-3 kg/s

       3)            h1 = 399 kJ/kg

       4)             = 0.52 kW

       5)             = 2.67 kW

       6)            ε = 4.14

 

 

 

Esercizio 2

 

Gruppo A

Gruppo B

       1)            qcon = 278 W

       2)            qirr = 420 W

       1)            qcon = 172 W

       2)            qirr = 223 W