Prova scritta di Fisica Tecnica - 13.01.2003

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

 

 

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NOME e COGNOME                          CORSO di LAUREA                                 Voto

 

 

Esercizio 1

Due serbatoi, termicamente isolati verso l’esterno, sono collegati tra loro mediante una valvola, come schematizzato in figura. Inizialmente, il serbatoio 1 contiene m1 = 0.75 kg d’aria a t1 = 80 °C e p1 = 0.15 MPa, mentre il serbatoio 2 contiene m2 = 1.0 kg d’aria a t2 = 50 °C e p2 = 0.2 MPa.

Dopo l’apertura della valvola, le due masse d’aria si mescolano, e viene raggiunta una condizione di uniformità (pf, tf) sia per la pressione che per la temperatura.

Utilizzando un modello di gas ideale (= 8.314 kJ/(kmol K)) con Ma = 28.97 kg/kmol e k = cp/cv = 1.4, calcolare:

1.      La temperatura finale tf, espressa in [°C];

2.      La pressione finale pf, espressa in [MPa];

3.      La generazione di entropia ()if, espressa in [kJ/K].

 

 

Esercizio 2

Una portata d'acqua = 0.15 kg/s scorre all'interno di un condotto a sezione quadrata, il cui lato è pari
a H = 2 cm.  Le pareti del condotto sono mantenute ad una temperatura uniforme e pari a Ts = 100 °C.

Determinare la lunghezza del canale necessaria per riscaldare l’acqua da Tm,i = 30 °C a Tm,o = 70 °C.

Note:

§        Per l'acqua si assumano - ad un'opportuna temperatura - le seguenti proprietà termofisiche:
r = 987 kg/m3;                        c = 4.18 kJ/(kg K);                 m = 552´10-6 kg/(m s);
k = 0.643 W/(m K);         Pr= 3.60

§        Per valutare il coefficiente di scambio termico convettivo dell'acqua all'interno del condotto, si utilizzi, giustificando, la correlazione di Dittus-Boelter:

 

dove L e Dh  rappresentano, rispettivamente, la lunghezza ed il diametro idraulico della tubazione, e l'esponente n assume i valori:

n = 0.4            nel caso di riscaldamento (Ts > Tm)

n = 0.3            nel caso di raffreddamento (Ts < Tm)

 

 


Soluzioni

Esercizio 1

 

  1. tf  = 62.9 °C
  2. pf = 0.174 MPa
  3. ()if =  9.7 ´ 10-3 kJ/K

 

Esercizio 2

 

L = 2.66 m