Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 27.06.2006

Fisica Tecnica VO e Fisica Tecnica II NO AA 2005-06 – Esercizi 1 e 2

NO AA 2004-05 e precedenti: 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

Un impianto frigorifero opera secondo un ciclo a doppia compressione e doppia laminazione con R134a. La temperatura all’evaporatore è pari a te = -20°C, e la pressione al condensatore è pari a pc = 0.9 MPa. La pressione intermedia al separatore è pari a pi = 0.38 MPa, ed il flusso termico scambiato al condensatore è  = 9 kW.

Nelle ipotesi che:

§     all’uscita del condensatore e del separatore si abbia liquido saturo,

§     all’aspirazione dei compressori si abbia vapore saturo secco,

§     ambedue i compressori siano caratterizzati da un rendimento isoentropico di compressione = 0.8,

si tracci qualitativamente il ciclo sul piano (T, s) e, servendosi del diagramma (T, s) allegato, si calcolino

1.     Il rapporto delle portate di massa circolanti nel condensatore e nell’evaporatore ;

2.     Il flusso termico scambiato all’evaporatore (potenza frigorifera) ;

3.     Le potenze meccaniche spese  e ;

4.     Il coefficiente di effetto utile del ciclo .

 

 

 

Esercizio 2

La trave di una struttura edilizia è costituita da un profilato di acciaio (ρ = 7800 kg/m3, k = 52 W/(m K),
c = 520 J/(kg K) ) IPE160, illustrato in figura, le cui dimensioni sono h = 160 mm, b = 82 mm, a = 5 mm ed e = 7.4 mm.

Ai fini della valutazione della resistenza al fuoco della struttura, si vuole conoscere la temperatura della trave dopo un’esposizione di 30 minuti ad aria alla temperatura t = 800 °C, assumendo un coefficiente di scambio termico convettivo (comprensivo del contributo dell’irraggiamento) pari a 200 W/(m2 K), ed una temperatura iniziale della trave ti = 20 °C. Valutare la temperatura finale della trave nelle due condizioni:

1)    Trave non rivestita;

2)    Trave rivestita da uno strato di materiale termoisolante, costituito da fibre minerali a spruzzo, di spessore s = 10 mm e conducibilità termica
kis = 0.10 W/(m K), trascurandone la capacità termica e l’incremento della superficie esposta al fluido.


Soluzioni

 

Esercizio 1

Le informazioni fornite sono sufficienti a determinare le proprietà termodinamiche dei punti (capisaldi) del ciclo 1, 2’, 3, 4’, 5, 6, 7 e 8, che sono riportati in tabella.

 

Punto

T [K]

p [MPa]

h [kJ/kg]

s [kJ/(kg K)]

1

253.2

0.133

386.6

1.741

2’

286.0

0.38

407.9

1.741

2

291.8

0.38

413.2

1.759

3

280.6

0.38

402.9

1.723

4’

311.6

0.9

420.7

1.723

4

315.8

0.9

425.2

1.737

5

308.7

0.9

249.8

1.169

6

280.6

0.38

249.8

1.178

7

280.6

0.38

210.0

1.036

8

253.2

0.133

210.0

1.044

 

Per determinare le proprietà dei punti 2 e 4, è sufficiente ricordare la definizione di rendimento isoentropico di compressione

413.2 kJ/(kg K)

425.2 kJ/(kg K)

Le altre proprietà si ricavano dal diagramma.

 

1.     = 1.33

2.     = 0.0513 kg/s
= 0.0386 kg/s
6.81 kW

3.      = 1.03 Kw
 = 1.14 Kw

4.     = 3.14 (si avrebbe 4 nell’ipotesi di compressioni isoentropiche).

 

Esercizio 2

 

1)    t = 800 °C

2)    t = 606 °C