Prova scritta di Fisica Tecnica - 03.09.2002
(Ing. Meccanica, Navale, Elettrica,
dei Materiali, Elettronica)
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NOME e COGNOME CORSO
di LAUREA Voto
In un impianto frigorifero a
R-134a, utilizzato per il
condizionamento, il liquido saturo all’uscita dal condensatore entra nella
valvola di laminazione, supposta adiabatica, alla temperatura t3 = 40 ºC. Qui il fluido viene
laminato sino alla temperatura di entrata nell’evaporatore t4 = t1 = 0 ºC.
All’uscita dell’evaporatore si ha vapore saturo secco. Nell’evaporatore il
fluido frigorigeno raffredda,
da tae = 13 ºC a tau = 8 ºC, una portata d’acqua
(c = 4.187 kJ/(kg K)) = 1.5 kg/s.
Nell’ipotesi che
l’evaporatore sia adiabatico verso l’esterno e trascurando le variazioni di
energia cinetica e potenziale, con l’ausilio del diagramma (p, h) allegato calcolare:
1.
Il flusso termico fornito all’evaporatore [kW];
2.
La portata di fluido frigorigeno [kg/s];
3.
Il bilancio di entropia nell’evaporatore,
evidenziando la generazione complessiva [kW/K].
Un forno è costituito da una cavità
cilindrica, di diametro D = 75 mm ed altezza H
= 150 mm, aperta ad una estremità ed esposta ad un ambiente con
Tamb = 27 ºC.
Il mantello ed il fondo della cavità possono venire approssimati come superfici
nere, sono riscaldate elettricamente, sono ben isolate e sono mantenute,
rispettivamente, a temperature di 1350 ºC e 1650 ºC.
Tenendo conto
del solo contributo dello scambio termico per irraggiamento, qual è la potenza
termica necessaria al funzionamento del forno ?
Note:
a. Fattore di
vista fra due dischi paralleli coassiali:
b.
La costante di Stefan-Boltzmann vale s = 5.67´10-8
W/m2 K4
Soluzioni
Esercizio 1
Le informazioni fornite sono sufficienti a determinare, dal diagramma,
le proprietà termodinamiche dei punti 1, 3 e 4 (eventualmente anche del punto
2’ – fine compressione isoentropica – ma di nessuna utilità per tale problema
):
Punto 1: t1 = 0 ºC ; p1 = 0.292 MPa; s1 = 1.72 kJ/(kg K); h1 = 396 kJ/kg
Punto 3: t3 = 40 ºC; p3
= 1.02 MPa; s3 = 1.18 kJ/(kg K); h3
= 255 kJ/kg
Punto
4: t4
= t1 = 0 ºC; p4
= 0.292 Mpa; s4 = 1.21 kJ/(kg K); h4
= h3 = 255 kJ/kg
1. Flusso termico fornito all’evaporatore:
2. Portata di fluido frigorigeno:
3. Bilancio di entropia nell’evaporatore:
Esercizio 2
Trattandosi di superfici nere
si ha:
Il valore di F23 si ricava dalla relazione fornita per il
calcolo del fattore di vista per due dischi paralleli coassiali:
Per ottenere F13 osserviamo che dalla regola della somma:
In base alla legge di
reciprocità:
Per simmetria:
da cui: