Prova scritta di Fisica Tecnica - 10.02.2003

(Fisica Tecnica I – solo Esercizio 1; Fisica Tecnica II – solo Esercizio 2)

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

 

 

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NOME e COGNOME                          CORSO di LAUREA                                        Voto

 

 

Esercizio 1

Un impianto frigorifero ad aria a ciclo chiuso, della potenzialità = 35 kW, consiste di un compressore centrifugo, una turbina e due scambiatori di calore, come schematizzato in figura.

I processi di compressione ed espansione sono entrambi adiabatici irreversibili, e l’aria può essere considerata un gas ideale con
R = 0.287 kJ/(kg K) e k = 1.41. 

All’ingresso del compressore le condizioni dell’aria sono p1 = 100 kPa e t1 = 21 °C, ed alla mandata p2 = 190 kPa e t2 = 95 °C. All’ingresso in turbina la temperatura è t3 = 45 °C ed all’uscita
t4 = 0°C.

Trascurando eventuali variazioni di energia cinetica e potenziale, e ritenendo isobare le trasformazioni  e , calcolare nell’ordine:

a)      Tracciare l’andamento del ciclo sul piano T-s;

b)     La temperatura di fine compressione  e di fine espansione  nell’ipotesi di isoentropicità;

c)      I rendimenti isoentropici dell’espansione  e della compressione ;

d)     La portata di massa dell’aria ;

e)      La potenza di compressione ;

f)      La potenza utile alla turbina  ;

g)      Il coefficiente di effetto utile del ciclo .

 

 

Esercizio 2

Un cilindro avente diametro D = 2 cm e lunghezza L = 20 cm, è riscaldato internamente per mezzo di una resistenza elettrica che dissipa un flusso termico q = 80 W.  Il cilindro è raffreddato da una corrente d’aria che lo investe trasversalmente con velocità = 5 m/s e  = 20 °C.

Trascurando gli effetti dei bordi, ed utilizzando la correlazione:

calcolare la temperatura superficiale ts, supposta uniforme, del cilindro.

 

Nota:

§        Si assumano - ad un'opportuna temperatura - le seguenti proprietà termofisiche per l’aria:
 = 1.71
´10-5 m2/s;      = 2.42´10-5 m2/s;              k = 0.0273 W/(m K)

 

 


Soluzioni

Esercizio 1

 

b)      = 354.5 K = 81.4 °C;           = 264.0 K = - 9.2 °C

c)       = 0.816;         = 0.830

d)      = 1.69 kg/s

e)       = 123.4 kW

f)       = 75.1 kW

g)       = 0.72

 

Esercizio 2

 

ts = 154.6 °C