Prova scritta di Fisica Tecnica - 14.07.1999
(Ing. Meccanica, Navale, Elettrica, dei Materiali ed
Elettronica)
(Ing. Civile, Edile ed Ambientale)
Nell'evaporatore il flusso termico è fornito da una portata di aria umida esterna che all'ingresso si trova
alla temperatura tae= 5°C, umidità specifica xae = 4
gv/kga , temperatura di rugiada tr = 2 °C.
Utilizzando il diagramma p-h allegato si determini:
(cpa = 1.006 kJ/kgK; cpv = 1.875 kJ/kg K; r0 = 2501 kJ/kg)
Esercizio 2
In un condensatore di vapore l'acqua di raffreddamento scorre all'interno di tubi in acciaio, di piccolo spessore, di diametro D=25.4 mm ad una velocità di 1 m/s.
La temperatura superficiale delle tubazioni è pari a 77°C, ed è mantenuta costante lungo tutta la lunghezza dal vapore condensante.
Trascurando la resistenza termica conduttiva della tubazione, calcolare la temperatura di uscita dell'acqua se questa entra ad una temperatura di 17°C e la lunghezza delle tubazioni è pari a 5m.
Note
r = 997 kg/m3; c = 4.18 kJ/kg K; m = 855´10-6 kg/s m; k = 0.613 W/m K; Pr = 5.83
valida per:
dove L e D rappresentano, rispettivamente, la lunghezza ed il diametro della tubazione.
Soluzione Esercizio 1:
Le entalpie si possono ricavare dal diagramma allegato dell'R134a:
h1 = 398 kJ/kg
h2' = 430
h3=h4 = 272 kJ/kg
La potenza necessaria alla compressione si ricava dalla definizione di coefficiente di effetto utile
P=q23/e ' = 2.63 kW
Applicando il primo principio si ricava
q41=|q23|-P = 7.37 kW
la portata di refrigerante si ricava dal bilancio all'evaporatore
mr=q41/(h1-h4) = 0.0585 kg/s
infine il rendimento isoentropico di compressione è facilmente ricavabile
h ic = mr (h2'-h1)/P = 0.712
L'aria di raffreddamento all'evaporatore subisce un raffreddamento senza variazione di umidità specifica almeno fino a raggiungere alla temperatura di rugiada, quindi la minima portata necessaria si può calcolare come:
ma=q41/cpu(tae-tr)
dove il calore specifico dell'aria umida si può calcolare come
cpu=cpa+xaecpv = 1.0135 kJ/kg K
ottenendo infine
ma = 2.424 kg/s
Soluzione Esercizio 2:
Si utilizza la relazione (può essere ricavata in due modi: o da un bilancio elementare, oppure utilizzando la relazione vista per gli scambiatori di calore nel caso particolare in cui il fluido caldo - vapore condensante - non varia la sua temperatura):
dove P è il
perimetro ed L la lunghezza della tubazione
L/D = 200 >> 10 OK
ReD = 29619 > 10000 OK
NuD = 176;
= 0.505 kg/s
Tm,o = 50.12 ° C
Le proprietà termofisiche vanno (ri-)valutate alla temperatura:
° C
July 14th, 1999 - the WebMaster