Prova scritta di Fisica Tecnica - 11.02.2002
(ing. Meccanica, Navale, dei Materiali, Elettronica, Civile, Edile ed Ambientale)
Esercizio 1
Una
portata volumetrica
di aria entra in uno scambiatore alla pressione p1=0,8
MPa e temperatura t1=310
°C, viene riscaldata isobaricamente fino alla temperatura
t2 = 800 °C, poi entra in una turbina nella
quale espande fino alla pressione p3=0,1
MPa e temperatura t3=370
°C. L'espansione può essere considerata adiabatica
(irreversibile). Considerando l'aria come gas ideale a calori
specifici caratteristici costanti, con massa molare M=28,97 kg/kmol e
k = 1,4 e trascurando
le variazioni di energia cinetica e potenziale si chiede di:
rappresentare qualitativamente, nei diagrammi (p, v) e (T, s), le trasformazioni subite dall'aria;
e valutare:
la potenza ottenuta nel caso di espansione adiabatica irreversibile
(kW);
la
potenza ottenuta nel caso di espansione adiabatica reversibile con
le stesse condizioni all'ingresso e stessa pressione all'uscita
(kW);
il
rendimento isoentropico
dell' espansione;
il
flusso termico fornito all'aria nello scambiatore
(kW);
il
flusso di entropia generata nel processo
(W/K)
considerando che il flusso termico sia fornito da una sorgente
termica alla temperatura t2;
Esercizio 2
Uno
scambiatore di calore a tubi concentrici in controcorrente riscalda
una portata
d'acqua dalla temperatura
alla temperatura
utilizzando una portata
di olio diatermico che si raffredda dalla temperatura
alla temperatura
.
Il tubo interno ha diametro
,
ed il coefficiente globale di scambio termico, riferito alla
superficie interna, vale
.
Il flusso termico scambiato in condizioni di progetto è pari a
q = 3000 W. Si chiede di:
tracciare gli andamenti della temperatura dei due fluidi;
calcolare la lunghezza dello scambiatore L;
Dopo
un periodo d'uso, con le stesse portate e le stesse temperature
entranti, si trova che la temperatura dell'acqua all'uscita è
pari a
°C.
In queste condizioni determinare:
la
temperatura di uscita dell'olio diatermico
;
il
nuovo coefficiente globale di scambio termico
.
Esercizio 1
reversibile
Esercizio 2
e