Prova scritta di Fisica Tecnica I – 14.02.2006

(Nuovo Ordinamento - Ing. Meccanica, Navale)

 

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NOME e COGNOME                        CORSO di LAUREA                                          Voto/i

 

 

 

Esercizio

In una turbina a vapore, non adiabatica verso l’esterno, il vapore entra nelle condizioni di temperatura te e pressione pe ed esce alla temperatura tu e titolo xu, mentre il calore ceduto all’ambiente esterno a temperatura ta è pari a .

Trascurando le variazioni di energia cinetica e potenziale, ed utilizzando il diagramma (h, s) allegato, trovare:

1.      Le entalpie (he, hu) e le entropie (se, su) all’entrata ed all’uscita;

2.      La portata di vapore necessaria a sviluppare la potenza P;

3.      La generazione interna di entropia  [kW/K].

 

 

 

 

 

TEMA

te [°C]

pe [MPa]

tu  [°C]

xu

P [kW]

[kW]

ta [°C]

A

450

5

125

1.0

1500

15

27

B

350

5

100

0.9

1200

10

27

 

 

 

 

Soluzione

 

 

TEMA A

TEMA B

1)        he = 3318 kJ/kg;    se  =   6.822  kJ/(kg K)
hu  = 2713 kJ/kg;    su  =   7.077  kJ/(kg K)

2)        = 2.50  kg/s

3)        =  0.69 kW/K

 

1)        he = 3071 kJ/kg;    se  =   6.455  kJ/(kg K)
hu  = 2450 kJ/kg;    su  =   6.751  kJ/(kg K)

2)        = 1.95 kg/s

3)        =  0.61 kW/K

 

 


Prova scritta di Fisica Tecnica II – 14.02.2006

(Nuovo Ordinamento - Ing. Meccanica)

 

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NOME e COGNOME                    CORSO di LAUREA                                         Voto/i

 

 

 

 

Esercizio

Una portata d’aria , alla pressione standard di 101.325 kPa e temperatura tm,i, entra in un condotto a sezione triangolare equilatera di lato W, di lunghezza L, e le cui pareti sono mantenute alla temperatura costante ts.

Determinare:

1)      La temperatura di uscita dell’aria tm,o dal condotto;

2)      Il flusso termico fornito all’aria.

 

 

 

 

 

 

 

 

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 Dh  rappresentano, rispettivamente, la lunghezza ed il diametro idraulico 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 (ts > tm)

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

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

 

 

 

TEMA

tm,i [°C]

W [mm]

L [m]

ts [°C]

 [kg/s]

A

20

30

3

100

0.006

B

20

40

5

100

0.012

 

 


 

 

 


Soluzione

TEMA A

TEMA B

Assunta una temperatura di uscita di tentativo:    =100 °C
la temperatura media a cui ricavare le proprietà termofisiche è:
    60 °C

e queste si ottengono direttamente, senza necessità di interpolazione, dalla tabella fornita:


cp = 1.008 kJ/(kg K);     k = 0.0288 W/(m K)
μ = 2.0×10-5 kg/(m s);        ρ = 1.051 kg/m3
Pr = 0.702

    0.0173 m

    13318

    = 66.3 W/(m2 K)

    95.9 °C

La temperatura di uscita così trovata non differisce sensibilmente da quella ipotizzata, pertanto non è necessario ripetere i calcoli rivalutando le proprietà termofisiche.

Risulta quindi:

 

  1. tm,o = 95.9 °C

 

  1.  = 459 W

Assunta una temperatura di uscita di tentativo:    =100 °C
la temperatura media a cui ricavare le proprietà termofisiche è:
    60 °C

e queste si ottengono direttamente, senza necessità di interpolazione, dalla tabella fornita:


cp = 1.008 kJ/(kg K);     k = 0.0288 W/(m K)
μ = 2.0×10-5 kg/(m s);        ρ = 1.051 kg/m3
Pr = 0.702

    0.023 m

    19919

    = 68.8 W/(m2 K)

    97.4 °C

La temperatura di uscita così trovata non differisce sensibilmente da quella ipotizzata, pertanto non è necessario ripetere i calcoli rivalutando le proprietà termofisiche.

Risulta quindi:

 

  1. tm,o = 97.4 °C

 

  1.  = 936 W