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:


  1. rappresentare qualitativamente, nei diagrammi (p, v) e (T, s), le trasformazioni subite dall'aria;

    e valutare:

  2. la potenza ottenuta nel caso di espansione adiabatica irreversibile (kW);

  3. la potenza ottenuta nel caso di espansione adiabatica reversibile con le stesse condizioni all'ingresso e stessa pressione all'uscita (kW);

  4. il rendimento isoentropico dell' espansione;

  5. il flusso termico fornito all'aria nello scambiatore (kW);

  6. 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:


  1. tracciare gli andamenti della temperatura dei due fluidi;

  2. 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:

  1. la temperatura di uscita dell'olio diatermico ;

  2. il nuovo coefficiente globale di scambio termico .

Esercizio 1


reversibile



Esercizio 2



e