Prova scritta di Fisica Tecnica - 28.01.2003

(Ing. Meccanica, Navale, Elettrica, dei Materiali, Elettronica)

 

 

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NOME e COGNOME                          CORSO di LAUREA                                 Voto

 

 

Esercizio 1

Una portata d’aria = 0.25 kg/s scorre in un tubo di diametro interno D = 50 mm, e viene laminata in una valvola.
Le condizioni di entrata sono:
pe = 700 kPa;      te = 95°C

mentre all’uscita si ha
pu = 350 kPa

Nell’ipotesi che l’aria si possa considerare un gas ideale avente R = 0.287 kJ/(kg K) e k = 1.41, che il diametro della tubazione non cambi e trascurando le variazioni di energia cinetica e potenziale, si calcolino:

  1. La velocità wu [m/s] dell’aria in uscita;
  2. La differenza di entropia specifica dell’aria tra uscita ed entrata su – se [kJ/(kg K)];
  3. La generazione di entropia  [kW/K].

 

 

Esercizio 2

A seguito di una prolungata permanenza alla temperatura di 0 °C, il contenuto della lattina (D = 5 cm  H = 13.5 cm) di una nota bevanda energetica effervescente si è completamente solidificato.

Successivamente, la lattina è posta verticalmente in un ambiente di rilevanti dimensioni in cui la temperatura dell’aria, supposta in quiete, è pari a T = 20 °C, e le cui pareti hanno temperatura Tamb = 17 °C.

Determinare il tempo necessario a fondere l’intero contenuto della lattina, nelle seguenti ipotesi:

!      Durante il processo di fusione, la temperatura esterna della lattina rimanga costante e pari a Ts = 0 °C;

!      L’emissività della superficie della lattina è pari a ε = 0.2;

!      Ai fini dello scambio termico, si trascuri il contributo delle superfici circolari di estremità.

Note:

§        Si assumano – ad un’opportuna temperatura – le seguenti proprietà termofisiche per l’aria:
k = 0.025 W/(m K);         ν= 14.38
´10-6 m2/s;               α = 20.3´10-6 m2/s;                β = 3.53´ 10-3 K-1

§        Per valutare il coefficiente di scambio termico convettivo, si utilizzi, giustificando, la correlazione di Churchill e Chu, valida per lastre piane e cilindri di diametro elevato disposti verticalmente:

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

§        Il calore latente di fusione della bibita è pari a λ = 334 kJ/kg, e la sua densità, allo stato solido, è pari a
ρ = 920 kg/m3.


Soluzioni

Esercizio 1

 

  1. wu = 38.45 m/s
  2. su – se = 0.199 kJ/(kg K)
  3.  = s49.8´ 10-3 kW/K = 49.8 W/K

 

Esercizio 2

 

Δτ ≈ 33857 s  ≈ 9.4 h