Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 12.09.2006

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

Una turbina ad aria, adiabatica verso l’esterno, opera in regime stazionario ed è controllata da due valvole di laminazione. Le condizioni dell’aria all’ingresso sono t1 = 500 °C, p1 = 1.1 MPa, mentre le condizioni all’uscita sono t4 = 200 °C, p4 = 0.1 MPa. Si conosce inoltre il valore della pressione all’uscita della turbina, p3 = 0.15 MPa, ed il valore del rendimento isoentropico di espansione, ηie = 0.92.

Considerando l’aria un gas ideale a calori specifici costanti (R = 0.287 kJ/(kg K), k = 1.4), e trascurando le variazioni di energia cinetica e potenziale, nell’ordine:

1)        Si rappresenti qualitativamente il processo sul diagramma (T,s), evidenziando i punti 1, 2, 3, 4 oltre al punto di fine espansione isoentropica 3’;

2)        Si determinino le temperature T2 e T3 [K];

3)        Si calcoli il lavoro tecnico specifico  [kJ/kg] fornito dalla turbina;

4)        Si calcoli la generazione di entropia (Δs14)irr [kJ/(kg K)] relativa all’intero processo 1234;

5)        Si calcoli la pressione p2.

 

 

Esercizio 2

 

Uno strato di materiale omogeneo, avente conducibilità termica k = 2.5 W/(m K) e spessore L = 3 cm, è caratterizzato da una generazione interna di calore = 50´103 W/m3. Esso è perfettamente isolato termicamente su una faccia, mentre sull’altra faccia è rivestito da uno strato di materiale isolante di spessore s = 1 cm e conducibilità termica kr = 0.3 W/(m K), a sua volta raffreddato per convezione da un fluido avente temperatura t¥ = 30 °C, e con un coefficiente di convezione valutato pari ad h = 10 W/(m2 K).

Calcolare nell’ordine:

1)      La resistenza termica specifica totale  [m2K/W], somma della resistenza dello strato isolante e della resistenza convettiva;

2)      La temperatura t2 a x = L+s;

3)      La temperatura t1 a x = L;

4)      L’andamento della temperatura t(x) nello strato con generazione
(0 < x < L);

5)      La temperatura t0 a x = 0;

6)      Tracciare infine l’andamento della temperatura nel sistema strato+isolante.

 


 

Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 12.09.2006

 

Soluzioni

 

Esercizio 1

 

2)    T2 = T1 = 773 K
T3 = T4 = 473 K

3)     = 301.4 kJ/kg

4)    = 0.195 kJ/(kg K)

5)     = 446 K
= 1.02 MPa

 

 

Esercizio 2

1)       = 0.133 [m2K/W]

2)      t2 = = 180 °C

3)      t1 =  = 230 °C

4)       = 

5)       = 239 °C