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

 

 

Esercizio 1

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].

 

 

 

Esercizio 2

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: