Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 09.01.2007

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)

 

………………………..                     .………………………..                         …………………..……

NOME e COGNOME                                   CORSO di LAUREA                                                   Voto/i

 

 

 

 

 

Esercizio 1

Un frigorifero utilizza il fluido frigorigeno R-134a, e funziona secondo un ciclo inverso con rigenerazione tra la temperatura di evaporazione di -20°C e la temperatura di condensazione di 40°C.

Nelle ipotesi che:

§  All'uscita del condensatore si abbia liquido saturo;

§  All’uscita dell’evaporatore si abbia vapore saturo secco;

§  All'uscita dello scambiatore rigenerativo, lato liquido, si abbia un sottoraffreddamento di 10 K;

§  Il rendimento isoentropico del compressore sia ηic = 0.7;

§  Il flusso termico scambiato al condensatore sia
= 13 kW.

Utilizzando il diagramma allegato determinare:

1.    Il coefficiente di effetto utile ε del ciclo;

2.    Il flusso termico  asportato dall’evaporatore;

3.    La potenza meccanica spesa ;

4.    Il flusso termico scambiato nel rigeneratore.

 

 


Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 09.01.2007

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)

 

………………………..                     .………………………..                       …………………..……

NOME e COGNOME                                   CORSO di LAUREA                                                   Voto/i

 

 

 

 

Esercizio 2

Una condotta utilizzata per il trasporto di aria calda è disposta orizzontalmente e, come schematizzato in figura, ha sezione rettangolare con dimensioni W = 0.75 m e H = 0.3 m. Nelle normali condizioni di funzionamento essa presenta una temperatura esterna delle pareti pari a Ts = 45 °C.

Nelle ipotesi che la condotta attraversi un ambiente nel quale si trovi dell’aria, in quiete, alla temperatura T = 15 °C, e trascurando il contributo dell’irraggiamento, determinare, nell’ordine:

1.      Il coefficiente convettivo hv [W/(m2 K)] per le pareti verticali della condotta;

2.      Il coefficiente convettivo hos [W/(m2 K)] per la parete orizzontale superiore della condotta;

3.      Il coefficiente convettivo hoi [W/(m2 K)] per la parete orizzontale inferiore della condotta;

4.      Il flusso termico disperso nell’ambiente per unità di lunghezza della condotta q’ [W/m].

 

 

Note:

§  Per la valutazione dei coefficienti di scambio termico convettivo, si utilizzi, giustificando, le seguenti correlazioni:

a)         correlazione di Churchill e Chu, valida per lastre piane disposte verticalmente:

b)         Superficie orizzontale calda:

b.1       disposta verso l’alto:

b.2      disposta verso il basso:

dove la lunghezza caratteristica L vale, in questo caso , con As area lambita dal fluido, e P perimetro bagnato.

 

§  Per le proprietà dell’aria si faccia uso della tabella allegata.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 09.01.2007

 

Soluzioni

Esercizio 1

 

Le informazioni fornite nel testo sono sufficienti a determinare le proprietà termodinamiche nei punti 3, 4, 5 e 6.

 

La posizione del punto 1 si ricava tramite un bilancio entalpico, sapendo che si trova alla stessa pressione del punto 6:

 

h3 + h6 = h4 + h1 ® h1 = h6 + (h3 - h4) = 386.6 + (256.4 – 241.70) = 401.3 kJ/kg

 

Il punto 2' si trova alla pressione di condensazione ed ha la stessa entropia del punto 1.

 

Il punto 2 si ottiene - noto che si trova alla pressione di condensazione - in base alla definizione di rendimento isoentropico di compressione:

 

 

Punto

T [K]

p [MPa]

h [kJ/kg]

s [kJ/(kg K)]

1

271.2

0.133

401.3

1.798

2'

339.4

1.017

447.8

1.798

2

358.5

1.017

467.7

1.855

3

313.15

1.017

256.4

1.190

4

303.15

1.017

241.7

1.143

5

253.15

0.133

241.7

1.169

6

253.15

0.133

386.6

1.741

 

Valutate quindi le proprietà termodinamiche dei capisaldi, si può procedere con la valutazione delle quantità richieste:

 

1. 

2.  Dall'espressione del flusso termico scambiato al condensatore:

ricaviamo la portata di fluido frigorigeno:

da cui:

 

3. 

 

4. 

 

Ovviamente risulta:

 

 

 

 


 

Esercizio 2

 

Le proprietà dell’aria vanno valutate alla temperatura del film:

1.     Per le pareti verticali


  W/(m2 K)

2.     Per la parete orizzontale superiore, indicando con X la lunghezza della condotta ed assumendo X >> W, si ha
  


  W/(m2 K)

3.     Per la parete orizzontale inferiore L e RaL non cambiano, da cui

  W/(m2 K)

4.     Il flusso termico disperso per unità di lunghezza della condotta vale pertanto

      W/m