Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 10.07.2007

Fisica Tecnica VO e Fisica Tecnica II NO AA 2005-06 e seguenti – 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)

 

………………………..                                  .………………………..                                      …………………..……

NOME e COGNOME                                   CORSO di LAUREA                                                   Voto/i

 

Esercizio 1

Un impianto frigorifero opera secondo un ciclo a doppia compressione e doppia laminazione con R134a. La pressione all’evaporatore è pari a pe, ed al condensatore è pari a pc. La pressione intermedia al separatore è pari a pi, e la potenza frigorifera è .

Nelle ipotesi che:

§ all’uscita del condensatore si abbia liquido saturo,

§ all’aspirazione dei compressori si abbia vapore saturo secco,

§ le compressioni siano isoentropiche

si tracci qualitativamente il ciclo sul piano (p,h) e, servendosi del diagramma allegato, si calcolino

1.      Il rapporto delle portate di massa circolanti nel condensatore e nell’evaporatore ;

2.      Il flusso termico scambiato al condensatore ;

3.      Le potenze meccaniche spese  e ;

4.      Il coefficiente di effetto utile del ciclo .

 

 

TEMA

pe [MPa]

pc [MPa]

pi [MPa]

 [kW]

A

0.14

0.8

0.32

9.0

B

0.14

0.9

0.4

8.0

 

 


Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 10.07.2007

Fisica Tecnica VO e Fisica Tecnica II NO AA 2005-06 e seguenti – 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)

 

………………………..                                  .………………………..                                      …………………..……

NOME e COGNOME                                   CORSO di LAUREA                                                   Voto/i

 

Esercizio 2

Una portata d’aria , alla pressione standard di 101.325 kPa e temperatura tm,i, entra in un condotto a sezione triangolare equilatera di lato W e di lunghezza L, le cui pareti sono mantenute alla temperatura costante ts.

Nell’ipotesi che l’aria esca dal condotto alla temperatura tm,o, determinare nell’ordine:

1)       Il coefficiente convettivo h [W/(m2 K)];

2)       La lunghezza L [m] del condotto.

 

 

 

 

Note:

§  Per valutare il coefficiente di scambio termico convettivo dell'aria all'interno del condotto, si utilizzi, giustificando, la correlazione di Dittus-Boelter:

dove L e Dh  rappresentano, rispettivamente, la lunghezza ed il diametro idraulico della tubazione, le proprietà termodinamiche vanno valutate alla temperatura media tm,  e l'esponente n assume i valori:

n = 0.4         nel caso di riscaldamento (ts > tm)

n = 0.3         nel caso di raffreddamento (ts < tm)

§  Per le proprietà termodinamiche dell’aria si faccia uso della tabella allegata.

 

TEMA

tm,i [°C]

tm,o  [°C]

W [mm]

ts [°C]

 [kg/s]

A

20

60

30

100

0.008

B

20

80

30

120

0.008

 

 

 

 

 


Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 10.07.2007

 

Soluzioni

Esercizio 1

 

Le informazioni fornite sono sufficienti a determinare le proprietà termodinamiche di tutti i punti (capisaldi) del ciclo, che sono riportati in tabella.

 

Tema A

Tema B

Punto

T [K]

p [MPa]

h [kJ/kg]

1

254.5

0.14

387.3

2

279.8

0.32

404.0

3

275.5

0.32

400.0

4

307.8

0.8

419.1

5

304.3

0.8

243.6

6

275.5

0.32

243.6

7

275.5

0.32

203.3

8

254.5

0.14

203.3

Punto

T [K]

p [MPa]

h [kJ/kg]

1

254.5

0.14

387.3

2

287.2

0.4

408.7

3

281.9

0.4

403.7

4

311.5

0.9

420.7

5

308.5

0.9

249.8

6

281.9

0.4

249.8

7

281.9

0.4

212.1

8

254.5

0.14

212.1

 

1.     

2.     

3.     

4.     

 

TEMA

 [kW]

 [kW]

 [kW]

A

1.28

11.0

0.82

1.20

4.47

B

1.28

10.0

0.98

1.13

4.06

 

 

 

 

 

 

 


Esercizio 2

 

 

La relazione da utilizzare è:

dove P è il perimetro della sezione del condotto, ed h il coefficiente convettivo.

Nel nostro caso si richiede L, perciò:

Le  proprietà termofisiche vanno valutate alla temperatura media del fluido:
     40 °C

e queste si ottengono direttamente, senza necessità di interpolazione, dalla tabella fornita:


c = cp = 1.008 kJ/(kg K);      k = 0.0273 W/(m K)
μ = 1.91×10-5 kg/(m s);         ρ = 1.118 kg/m3
Pr = 0.705

     0.0173 m

     18615

  1. = 82.1 W/(m2 K)
  2. L = 0.76 m

      valore ampiamente superiore al limite inferiore per la validità della correlazione utilizzata.

La relazione da utilizzare è:

dove P è il perimetro della sezione del condotto, ed h il coefficiente convettivo.

Nel nostro caso si richiede L, perciò:

Le  proprietà termofisiche vanno valutate alla temperatura media del fluido:
     50 °C

e queste si ottengono direttamente, senza necessità di interpolazione, dalla tabella fornita:


c = cp = 1.008 kJ/(kg K);      k = 0.0280 W/(m K)
μ = 1.96×10-5 kg/(m s);         ρ = 1.084 kg/m3
Pr = 0.704

     0.0173 m

     18141

  1. = 80.4 W/(m2 K)
  2. L = 1.02 m

      valore ampiamente superiore al limite inferiore per la validità della correlazione utilizzata.