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Prova scritta di Fisica Tecnica Ambientale – 11.01.2005

( Ing. Civile, Edile, Ambientale)


Esercizio 1


Una portata di aria standard, gas ideale a calori specifici caratteristici costanti con massa molecolare M=28,97 kg/kmol e rapporto tra calori specifici k=1,4 subisce le seguenti trasformazioni (ciclo Brayton-Joule con schema di impianto rappresentato in figura): 1-2 compressione adiabatica, 2-3 riscaldamento isobaro con la fornitura del flusso termico , 3-4 espansione adiabatica, 4-1 cessione del flusso termico a pressione costante, si considerino trascurabili le variazioni di energia cinetica e potenziale. La temperatura di ingresso al compressore sia T1 =300 K, mentre con rp = p2/p1 = p3 /p4 si indichi il rapporto delle pressioni. Dopo aver tracciato indicativamente le trasformazioni sul diagramma T-s si calcoli:


  1. Il calore specifico a pressione costante cp;

  2. la temperatura in uscita dal compressore nel caso di compressione reale T2;

  3. la temperatura in entrata nella turbina T3;

  4. la temperatura in uscita dalla turbina nel caso di espansione reale T4;

  5. La potenza netta fornita dal ciclo

  6. Il rendimento del ciclo .


Tema

rp



(kg/s)

(kW)



A

8

8

4000

0,9

0,9

B

7

10

5000

0,85

0,85


Esercizio 2


In un tubo realizzato in polietilene reticolato di conducibilità =0,35 W/(m K), avente diametro interno di ed esterno de , scorre dell'acqua con velocità ua e temperatura ta=45 °C. Il tubo è ricoperto da una guaina isolante di spessore s=5 mm e conducibilità termica =0,04 W/(m K), tra la superficie della guaina e l'aria esterna a temperatura te il coefficiente di scambio termico sia =10 W/(m2 K). si chiede di determinare:

  1. il coefficiente di convezione lato interno ;

  2. il coefficiente globale di scambio termico calcolato sul diametro interno Ui;

  3. il flusso termico scambiato per unità di lunghezza q';

dati acqua:

=0,638 W/(m K) , cp=4,187 kJ/(kg K), =1000 kg/m3,, =5,97 10-4 kg/(m s)

Tema

ua

di

de

te


(m/s)

(mm)

(mm)

(°C)

A

0,7

10

12

0

B

1

12

14

-5





per il calcolo del coefficiente di convezione si utilizzi la correlazione


Nu = 0,027 Re4/5 Pr1/3


Esercizio 1



Esercizio 2


Nu = 76,63