Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 11.07.2006

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

Un impianto per la produzione di energia elettrica opera secondo un ciclo Rankine a risurriscaldamento di vapore, ed è schematizzato in figura.

La potenza fornita dall’impianto è pari a 80 MW, ed il vapore entra nella sezione ad alta pressione della turbina alla pressione p3 = 10 MPa e temperatura t3 = 500 °C. Dopo l’espansione ed il risurriscaldamento, il vapore entra nello stadio a bassa pressione della turbina alla pressione p5 = 1 MPa e temperatura t5 = 500 °C. Il vapore esce dal condensatore in condizioni di liquido saturo alla pressione p6 = 10 kPa e temperatura t6 = 45.8 °C. La pompa aspira il liquido saturo all’uscita dal condensatore, e lo comprime isoentropicamente, fino alla pressione del generatore. Il rendimento isoentropico di espansione, per ambedue gli stadi, è pari a = 0.80.

Servendosi dell’allegato diagramma (h,s) del vapore, e nelle ipotesi di poter trascurare le perdite di carico nel generatore e nel condensatore e le variazioni di energia cinetica e potenziale in tutte le trasformazioni, tracciare il ciclo sul piano (T,s) e calcolare:

1)        Il titolo, o la temperatura se surriscaldato, del vapore all’uscita dello stadio a bassa pressione della turbina;

2)        Il rendimento η del ciclo;

3)        La portata in massa del vapore.

 Nota:

Si assuma per l’acqua, in fase liquida, cl = 4.187 kJ/(kg K) e v = 1×10-3 m3/kg.


 

Esercizio 2

Uno scambiatore di calore, di tipo controcorrente a tubi concentrici, è utilizzato per il raffreddamento dell'olio lubrificante di un turbomotore a gas. La portata dell'acqua di raffreddamento nel tubo interno, di diametro esterno Dte = 19.05 mm e spessore s = 1.24 mm, è pari a = 0.12 kg/s, mentre la portata di olio lubrificante, nella sezione anulare di diametro esterno Dae = 40 mm, è pari a 0.06 kg/s.

Le temperature di ingresso dell'olio e dell'acqua sono pari, rispettivamente, a th,i =100 °C e tc,i = 25 °C.

Nelle ipotesi di:

·       Scambiatore perfettamente isolato con l'esterno;

·       Tubazione interna realizzata in acciaio AISI 304 (kacc = 14.9 W/(m K));

Determinare:

1)        I valori dei coefficienti convettivi lato interno hi (acqua) e lato esterno he (olio);

2)        Il valore del coefficiente globale di scambio termico U (trasmittanza);

3)        La lunghezza della tubazione affinché la temperatura di uscita dell'olio sia pari a th,o = 75 °C.

 

Note

§         Si assumano le seguenti proprietà termofisiche:
Acqua:  cac = 4178 J/(kg K);   
mac = 725´10-6 Ns/m2;      kac = 0.625 W/(m K)
Olio:      col = 2131 J/(kg K);    
mol = 3.25´10-2 Ns/m2;      kol = 0.138 W/(m K)

§         Per valutare i coefficienti convettivi, si faccia uso delle correlazioni:

dove D rappresenta, rispettivamente, il diametro della tubazione interna per l'acqua, ed il diametro idraulico del canale a sezione anulare per l'olio.


 

Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 11.07.2006

 

Soluzioni

 

Esercizio 1

 

1)        t6 = 88 °C

2)        η = 0.341

3)        = 62.6 kg/s

 

 

Esercizio 2

 

1)    hi = 3133 W/(m2 K)
he = 24.1 W/(m2 K)

2)    Ui = 27.41 W/(m2 K)   (riferita al diametro interno Dti della tubazione)

3)    L = 38.1 m