Prova
scritta di Fisica Tecnica - 10.02.2003
(Fisica
Tecnica I – solo Esercizio 1;
Fisica Tecnica II – solo
Esercizio 2)
(Ing. Meccanica, Navale, Elettrica,
dei Materiali, Elettronica)
……………………….. .……………………….. …………………..……
NOME e COGNOME CORSO
di LAUREA Voto
Un impianto frigorifero ad aria a ciclo
chiuso, della potenzialità = 35 kW, consiste di un compressore centrifugo, una turbina e
due scambiatori di calore, come schematizzato in figura.
I processi di compressione
ed espansione sono entrambi adiabatici irreversibili, e l’aria può essere
considerata un gas ideale con
R = 0.287 kJ/(kg K) e k = 1.41.
All’ingresso del compressore
le condizioni dell’aria sono p1
= 100 kPa e t1 = 21
°C, ed alla mandata p2
= 190 kPa e t2 = 95
°C. All’ingresso in turbina la temperatura è t3
= 45 °C ed all’uscita
t4 = 0°C.
Trascurando eventuali
variazioni di energia cinetica e potenziale, e ritenendo isobare le
trasformazioni e
, calcolare nell’ordine:
a)
Tracciare l’andamento del ciclo sul piano T-s;
b)
La temperatura di fine compressione e di fine espansione
nell’ipotesi di
isoentropicità;
c)
I rendimenti isoentropici dell’espansione e della compressione
;
d)
La portata di massa dell’aria ;
e)
La potenza di compressione ;
f)
La potenza utile alla turbina ;
g)
Il coefficiente di effetto utile del ciclo .
Un cilindro avente diametro D = 2 cm e lunghezza L = 20 cm, è riscaldato internamente per
mezzo di una resistenza elettrica che dissipa un flusso termico q = 80 W.
Il cilindro è raffreddato da una corrente d’aria che lo investe
trasversalmente con velocità = 5 m/s e
= 20 °C.
Trascurando gli effetti dei
bordi, ed utilizzando la correlazione:
calcolare la temperatura
superficiale ts, supposta
uniforme, del cilindro.
Nota:
§
Si assumano - ad un'opportuna
temperatura - le seguenti proprietà termofisiche per l’aria:
= 1.71´10-5
m2/s;
= 2.42´10-5 m2/s; k = 0.0273 W/(m K)
Esercizio 1
b)
= 354.5 K = 81.4 °C;
= 264.0 K = - 9.2 °C
c) = 0.816;
= 0.830
d) = 1.69 kg/s
e) = 123.4 kW
f) = 75.1 kW
g) = 0.72
Esercizio 2
ts = 154.6 °C