Prova scritta di Fisica Tecnica – 03.06.2003 – Vecchio Ordinamento

Fisica Tecnica I – solo Esercizio 1; Fisica Tecnica II – solo Esercizio 2 – Nuovo Ordinamento

 

(Ing. Meccanica, Navale, Elettrica, dei Materiali, Elettronica)

 

 

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NOME e COGNOME                          CORSO di LAUREA                                        Voto

 

 

Esercizio 1

In un contenitore utilizzato per la cottura in mense e grandi cucine, si deve riscaldare una massa d’acqua mac = 120 kg dalla temperatura iniziale ti = 15 °C alla temperatura finale tf = 100 °C.

Ciò è ottenuto mediante vapore d’acqua saturo, che condensa a pressione costante nel doppio fondo del contenitore. Il vapore entra alla pressione pe = 0.2 MPa con titolo xe = 0.9, ed esce come liquido saturo alla stessa pressione pupe.

Calcolare:

  1. Utilizzando il diagramma (h, s) fornito e le formule per il calcolo delle proprietà termodinamiche dei liquidi, determinare te tu, he, se, hu, su, (hf – hi), (sf – si);
  2. Il consumo di vapore mv [kg];
  3. La produzione di entropia (ΔSirr)if [kJ/K].

 

 

Esercizio 2

In una galleria del vento, per basse velocità, sono stati condotti degli esperimenti di scambio termico convettivo su un cilindro, disposto trasversalmente alla corrente d’aria e riscaldato elettricamente.

Il cilindro ha un diametro D = 12.7 mm, una lunghezza L = 94 mm, ed alle condizioni operative con una velocità dell’aria = 10 m/s e temperatura dell’aria  = 26.2 °C, dissipa una potenza qd = 46 W quando la sua temperatura superficiale è stata misurata pari a ts = 128.4 °C. Si stima, sulla base di analoghi esperimenti eseguiti nella stessa galleria, che circa il 15% della potenza dissipata va persa in scambi termici di altro tipo, quali irraggiamento ed effetti gambo verso le pareti della galleria.

Determinare il coefficiente di scambio termico convettivo sulla base dei rilievi sperimentali, e confrontare il risultato così ottenuto con quello fornito dalla correlazione di Churchill e Bernstein.

 

Note:

 

  1. Si assumano - ad un'opportuna temperatura da specificare - le seguenti proprietà termofisiche per l’aria:
    ν= 20
    ´10-6 m2/s;             Pr = 0.72;               k = 0.0273 W/(m K)

  2. Correlazione di Churchill e Bernstein, valida per (ReD·Pr) > 0.2:

     

 


Soluzioni

Esercizio 1

  1. te = tu = 120.2 °C
    he = 2486 kJ/kg;                  se = 6.57 kJ/(kg K)
    hu = 505 kJ/kg;                   su = 1.53 kJ/(kg K)
    (hf - hi) = 356 kJ/kg;           (sf - si) = 1.08 kJ/(kg K)

 

  1. mv = 21.56 kg

 

  1. (ΔSirr)if  = 21.25 kJ/K

 

 

Esercizio 2

Sulla base dei rilievi sperimentali:

=102 W/(m2 K)

 

Dalla correlazione:

 42.1

= 96.5 W/(m2 K)

 

La differenza, inferiore al 6%, è più che accettabile, visti gli inevitabili errori sperimentali (es. misura di velocità, ipotesi di superficie isoterma, valutazione approssimata delle perdite di estremità ed irraggiamento etc.), ed il fatto che le correlazioni sperimentali per la valutazione dei coefficienti di scambio termico convettivo possano ritenersi approssimate al ± 20%.