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
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)
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NOME e COGNOME CORSO di LAUREA Voto/i
Una condotta utilizzata per il
trasporto di aria calda è disposta orizzontalmente e, come schematizzato in
figura, ha sezione rettangolare con dimensioni W =
Nelle ipotesi che la condotta attraversi un ambiente nel quale
si trovi dell’aria, in quiete, alla temperatura T∞ =
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:
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