Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 17.04.2007

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 ad aria a ciclo chiuso, della potenzialità = 35 kW, consiste di un compressore centrifugo, una turbina e due scambiatori di calore, come schematizzato in figura.

I processi di compressione ed espansione sono entrambi adiabatici irreversibili, e l’aria può essere considerata un gas ideale con  R = 0.287 kJ/(kg K) e k = 1.41. 

All’ingresso del compressore le condizioni dell’aria sono p1 = 100 kPa e t1 = 21 °C, ed alla mandata p2 = 190 kPa e t2 = 95 °C. All’ingresso in turbina la temperatura è t3 = 45 °C ed all’uscita t4 = 0°C.

Trascurando eventuali variazioni di energia cinetica e potenziale, e ritenendo isobare le trasformazioni  e , calcolare nell’ordine:

 

a)       Tracciare l’andamento del ciclo sul piano T-s;

b)       La temperatura di fine compressione  e di fine espansione  nell’ipotesi di isoentropicità;

c)       I rendimenti isoentropici dell’espansione  e della compressione ;

d)       La portata di massa dell’aria ;

e)       La potenza di compressione ;

f)        La potenza utile alla turbina  ;

g)       Il coefficiente di effetto utile del ciclo .

 

 

Esercizio 2

Una scanalatura a V, profonda H = 20 mm e con angolo α = 40°, è praticata su un materiale la cui temperatura è pari a T = 600 °C. Nelle ipotesi che le superfici della scanalatura possano essere considerate grigie e diffuse, con emissività
ε = 0.7, determinare nell’ordine:

1)       Il fattore di vista F12;

2)       Il flusso termico specifico, q”=q/A2, che lascia la scanalatura attraverso l’apertura;

3)       L’emissività effettiva εe della scanalatura, definita come il rapporto fra il flusso termico che lascia la cavità attraverso l’apertura, ed il flusso termico emesso da una superficie nera di area pari all’apertura e con temperatura uguale a quella delle pareti della scanalatura.

Nota:

La costante di Stefan-Boltzmann vale  σ = 5.67´ 10-8 W/(m2K4)

 

Suggerimento:

Si consideri l’apertura della scanalatura, superficie A2, come una superficie nera a temperatura di 0 K.


Soluzioni

 

Esercizio 1

b)        = 354.5 K = 81.4 °C;          = 264.0 K = - 9.2 °C

c)        = 0.816;      = 0.830

d)        = 1.69 kg/s

e)        = 123.4 kW

f)         = 75.1 kW

g)        = 0.72

 

 

Esercizio 2

 

1)       Dalla regola della somma


Dalla legge di reciprocità

=0.342

 

2)       Per una cavità costituita da due superfici grigie diffuse


In questo caso, essendo ε2 = 1 e T2 = 0 K, risulta J2 = Eb2 =0, perciò (εε1)


3)