Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 16.02.2004

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

Per il condizionamento invernale di un edificio è necessario prelevare dall’esterno una portata d’aria di rinnovo , alle condizioni di temperatura tE ed umidità relativa φE. Sapendo che la pressione è costante e pari a p = 101.325 kPa, e che le condizioni interne all’edificio sono temperatura tA ed umidità relativa φA, determinare nell’ordine:

1.    L’entalpia hA [kJ/kga]  e l’umidità specifica xA [gv/kga] dell’aria all’interno dell’edificio condizionato;

2.    L’entalpia hE [kJ/kga]  e l’umidità specifica xE [gv/kga] dell’aria esterna;

3.    Il flusso termico  [kW] e la portata d’acqua  [kgl/s] da fornire all’aria di rinnovo per portarla in equilibrio termoigrometrico con l’aria dell’edificio condizionato.

Note:

       La pressione di saturazione per l'acqua può venire valutata, per t³0°C, con la relazione approssimata:
     dove ps(t) [Pa] è la pressione di saturazione, e t[
°C] è la temperatura.

       Per il calcolo delle proprietà dell'aria umida e dell'acqua si utilizzino i seguenti valori:

cpa = 1.006 kJ/(kg K),         cpv = 1.875 kJ/(kg K),          r0 = 2501 kJ/kg,             cw = 4.187 kJ/(kg K)

Ma = 28.97 kg/kmol,      Mv = 18.02 kg/kmol,      Ra = 0.287 kJ/(kga K),    Rv = 0.461 kJ/(kgv K)

TEMA

[kg/s]

tE [°C]

φE [%]

tA [°C]

φA [%]

A

11

2

50

20

60

B

7

5

50

20

60

 

 



 

 

Esercizio 2

Una portata d’aria , proveniente da una batteria di raffreddamento, scorre all’interno di un condotto metallico, non isolato e di spessore trascurabile, di diametro D. Il condotto, la cui lunghezza complessiva è pari a L, attraversa l’interno di un edificio, nel quale l’aria si trova ad una temperatura t. La circolazione naturale dell’aria in tale ambiente da origine ad uno scambio termico convettivo, sulla superficie esterna del condotto, caratterizzato da un coefficiente convettivo he.

Se la temperatura di ingresso dell’aria nel condotto è pari a tm,i, determinare:

1.    La temperatura tm,o [°C] di uscita dell’aria;

2.    Il flusso termico scambiato q [W].

Note:

§        Per valutare il coefficiente di scambio termico convettivo dell'aria all'interno del condotto, si utilizzi, giustificando, la correlazione di Dittus-Boelter:

dove L e D  rappresentano, rispettivamente, la lunghezza ed il diametro della tubazione, le proprietà termodinamiche vanno valutate alla temperatura media tm,  e l'esponente n assume i valori:

n = 0.4 nel caso di riscaldamento     (t > tm)         

n = 0.3 nel caso di raffreddamento  (t < tm)

TEMA

 [kg/s]

D [m]

L [m]

t [°C]

he [W/(m2K)]

tm,i [°C]

A

0.050

0.30

15

37

2

7

B

0.075

0.35

20

32

3

5

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


 


Soluzioni

 

Esercizio 1

TEMA A

TEMA B

1.     hA = 42.3 kJ/kga
xA = 8.74 gv/kga

2.     hE = 8 kJ/kga
xE = 2.18 gv/kga

3.     =383 kW
=0.072 kgl/s

1.     hA = 42.3 kJ/kga
xA = 8.74 gv/kga

2.     hE = 11.8 kJ/kga
xE = 2.69 gv/kga

3.     =214 kW
=0.042 kgl

 

 

Esercizio 2

TEMA A

TEMA B

Assunta una temperatura di uscita di tentativo :    =37 °C
la temperatura media a cui ricavare le proprietà termofisiche è:
    22 °C

e queste si ottengono interpolando linearmente dalla tabella fornita:
cp = 1.007 kJ/(kg K);     k = 0.0259 W/(m K)
μ = 1.82×10-5 kg/(m s);  ρ = 1.185 kg/m3
Pr = 0.7084

    11660

   

    hi= 3.1 W/(m2 K)

    1.22 W(m2 K)

    15.7 °C

Ripetendo i calcoli valutando le proprietà termofisiche alla temperatura:
    11.3 °C
si ottiene:

1.     tm,o = 15.6 °C

2.        = 433 W

 

Assunta una temperatura di uscita di tentativo :    =32 °C
la temperatura media a cui ricavare le proprietà termofisiche è:
    18.5 °C

e queste si ottengono interpolando linearmente dalla tabella fornita:
cp = 1.007 kJ/(kg K);     k = 0.0257 W/(m K)
μ = 1.81×10-5 kg/(m s);  ρ = 1.200 kg/m3
Pr = 0.7093

    15074

   

    hi= 3.23 W/(m2 K)

    1.56 W(m2 K)

    14.9 °C

Ripetendo i calcoli valutando le proprietà termofisiche alla temperatura:
    9.9 °C
si ottiene:

3.     tm,o = 14.8 °C

    = 740 W