Prova scritta di Fisica Tecnica – 12.01.2004

Fisica Tecnica I – solo Esercizio 1;   Fisica Tecnica II – solo Esercizio 2

 

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

 

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

NOME e COGNOME                          CORSO di LAUREA                                        Voto/i

 

Esercizio 1

Un impianto frigorifero ad aria, a ciclo chiuso, consiste di un compressore centrifugo, una turbina e due scambiatori di calore, come schematizzato in figura.

I processi di compressione ed espansione sono entrambi adiabatici irreversibili, con rendimenti isoentropici di compressione ed espansione pari, rispettivamente, a ηic = 0.80 e ηie = 0.84, e l’aria può essere considerata un gas ideale con R = 0.287 kJ/(kg K) e k = 1.41. 

All’ingresso del compressore le condizioni dell’aria sono p1 = 100 kPa e t1 = 25 °C, ed alla mandata p2 = 190 kPa, mentre all’ingresso in turbina la temperatura è t3 = 50 °C.

Sapendo che la portata in massa dell’aria è = 1.25 kg/s, trascurando eventuali variazioni di energia cinetica e potenziale, e ritenendo isobare le trasformazioni  e , calcolare nell’ordine:

a)      Tracciare l’andamento del ciclo sul piano T-s;

b)     La temperatura di fine compressione  e di fine espansione  nell’ipotesi di isoentropicità;

c)      La temperatura di fine compressione e di fine espansione ;

d)     La potenzialità dell’impianto [kW];

e)      La potenza di compressione ;

f)      La potenza utile alla turbina ;

g)      Il coefficiente di effetto utile del ciclo .

 

Esercizio 2

Un sistema per l’accumulo termico è costituito da un ampio canale di sezione rettangolare, ben isolato sulle superfici esterne, che contiene alternativamente strati di materiale per l’accumulo termico, e passaggi per i gas. Ogni strato di materiale di accumulo è costituito da una lastra di alluminio (k = 231 W/(m K),
c = 1033 J/(kg K), ρ = 2702 kg/m3) di spessore W = 50 mm.

Nelle condizioni di “carica” dell’accumulatore termico, le lastre di alluminio si trovano ad una temperatura iniziale Ti = 25°C, il gas caldo che attraversa il sistema ha una temperatura
T = 500 °C, ed il coefficiente di scambio termico è stimato pari a
h = 100 W/(m2 K).

Determinare il tempo necessario per accumulare il 75% della massima energia termica immagazzinabile dal sistema, e la temperatura delle piastre di alluminio in tali condizioni.


Soluzioni

Esercizio 1

b)     = 359.3 K = 86.2 °C
= 268.1 K = -5 °C

c)      = 374. 6 K = 101.4 °C
= 276.9 K = 3.8 °C

d)     = 26.2 kW

e)      = 94.3 kW

f)      = 57.1 kW

g)      ε = 0.70

 

 

 

Esercizio 2

 

t = 968 s

T = 381 °C