Prova scritta di Fisica Tecnica - 26.11.2001

(Ing. Meccanica, Navale, Elettrica, dei Materiali, Elettronica, Civile, Edile ed Ambientale)

 

 

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NOME e COGNOME                         CORSO di LAUREA                                     Voto

 

 

Esercizio 1

 

In una turbina a vapore d’acqua le condizioni di entrata sono:

pe = 4 Mpa, te = 450 °C e we = 120 m/s

Le condizioni di uscita sono:

tu = 100 °C, xu = 1 e wu = 100 m/s.

Il lavoro tecnico utile è pari a  = 600 kJ/kg, mentre le variazioni di energia potenziale tra entrata ed uscita sono trascurabili.

 

Si rappresenti la trasformazione nel diagramma (h, s) fornito, e si calcoli:

  1. La quantità di calore Qeu dispersa nell’ambiente;
  2. La generazione di entropia per unità di massa di vapore (Dsirr)eu, espressa in kJ/(kg K), nell’ipotesi che l’ambiente si trovi ad una temperatura Ta = 300 K.

 

 

Esercizio 2

 

Si stimi il flusso termico per unità di lunghezza scambiato complessivamente, per convezione naturale ed irraggiamento, dalla superficie esterna di una tubazione orizzontale molto lunga, avente diametro D = 0.2 m, emissività e = 0.8 e temperatura superficiale ts = 80 °C.

La tubazione è posta in un ambiente di grandi dimensioni, in cui l’aria ha una temperatura t¥ = 20°C e le pareti sono alla temperatura tp = 15 °C.

Note

1.      Per valutare il coefficiente di scambio termico convettivo si utilizzi la seguente correlazione (Churchill & Chu, 1975), specifica per convezione naturale da cilindri orizzontali:


2.      Si assumano le seguenti proprietà per l’aria:

(g b)/n2 = 9.33´107 1/(m3 K);     k = 0.028 W/(m K);       Pr = 0.704

 

3.      La costante di Stefan-Boltzmann vale:

s = 5.67´10-8 W/(m2 K4)

 


 

Soluzioni

 

Esercizio 1

 

Dal diagramma (h, s) di Mollier:

 

he = 3330 kJ/kg,         se = 6.9 kJ/kg K)

 

hu = 2680 kJ/kg,         su = 7.4 kJ/(kg K)

 

Dal bilancio di primo principio per sistemi aperti:

 

 

Dal bilancio d’entropia per sistemi aperti:

 

 

Esercizio 2

 

Per la convezione naturale:

 

 

Per l’irraggiamento:

 

 

 

Complessivamente, il flusso termico scambiato per unità di lunghezza della tubazione è: