Prova scritta di Fisica Tecnica – 12.01.2004
Fisica Tecnica I – solo Esercizio 1; Fisica Tecnica II – solo Esercizio 2
(Ing.
Meccanica, Navale, Elettrica, dei Materiali, Civile, Edile, Ambientale)
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NOME e COGNOME CORSO di LAUREA Voto/i
Un
impianto frigorifero ad aria, a ciclo chiuso, 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, con rendimenti
isoentropici di compressione ed espansione pari, rispettivamente, a ηic = 0.80 e ηie = 0.84, 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 = 25 °C, ed alla
mandata p2 = 190 kPa, mentre all’ingresso in turbina la
temperatura è t3 = 50 °C.
Sapendo che la portata in massa dell’aria è = 1.25 kg/s, 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) La temperatura di fine
compressione e di fine espansione
;
d) La potenzialità
dell’impianto [kW];
e) La potenza di compressione ;
f) La potenza utile alla
turbina ;
g) Il coefficiente di effetto
utile del ciclo .
Un sistema per
l’accumulo termico è costituito da un ampio canale di sezione rettangolare, ben
isolato sulle superfici esterne, che contiene alternativamente strati di
materiale per l’accumulo termico, e passaggi per i gas. Ogni strato di
materiale di accumulo è costituito da una lastra di alluminio (k = 231 W/(m K),
c = 1033 J/(kg K), ρ = 2702 kg/m3) di
spessore W = 50 mm.
Nelle condizioni di “carica”
dell’accumulatore termico, le lastre di alluminio si trovano ad una temperatura
iniziale Ti = 25°C, il gas
caldo che attraversa il sistema ha una temperatura
T∞ = 500 °C, ed il
coefficiente di scambio termico è stimato pari a
h = 100 W/(m2 K).
Determinare il tempo necessario per accumulare il 75% della massima energia termica immagazzinabile dal sistema, e la temperatura delle piastre di alluminio in tali condizioni.
Esercizio 1
b)
= 359.3 K = 86.2 °C
= 268.1 K = -5 °C
c)
= 374. 6 K = 101.4 °C
= 276.9 K = 3.8 °C
d)
= 26.2 kW
e)
= 94.3 kW
f)
= 57.1 kW
g)
ε = 0.70
Esercizio
2
t
= 968 s
T
= 381 °C