Prova scritta di
Fisica Tecnica - 11.04.2000
(Ing. Meccanica,
Navale, Elettrica, dei Materiali, Elettronica, Civile, Edile ed Ambientale)
Esercizio 1
In un impianto
motore, funzionante secondo un ciclo Rankine a vapore surriscaldato, il vapore entra in
turbina alla pressione di 5 MPa ed alla temperatura di 550 °C, e condensa ad
una pressione di 200 kPa.
Nell'ipotesi che il
rendimento isoentropico di espansione sia pari a hie =
0.8, con l'ausilio dell'allegato diagramma (h,s)
dell'acqua determinare:
1. L'entalpia,
l'entropia e la temperatura a fine espansione;
2. La portata di
vapore necessaria ad ottenere una potenza all'albero della turbina pari a 2 MW.
Esercizio 2
Uno scambiatore di
calore, di tipo controcorrente a tubi concentrici, è utilizzato per il raffreddamento
dell'olio lubrificante di un turbomotore a gas. La portata dell'acqua di raffreddamento
nel tubo interno, di diametro Di = 25 mm, è pari a 0.2 kg/s, mentre la
portata di olio lubrificante, nella sezione anulare di diametro esterno De
= 45 mm, è pari a 0.1 kg/s.
Le temperature di ingresso dell'olio e dell'acqua sono pari, rispettivamente, a 100 °C e 25 °C.
Nelle ipotesi di:
· Scambiatore
perfettamente isolato con l'esterno;
· Resistenza termica
conduttiva trascurabile per la parete della tubazione;
Determinare:
a)
I
valori dei coefficienti convettivi lato interno (acqua) e lato esterno (olio);
b)
Il
valore del coefficiente globale di scambio termico (trasmittanza unitaria);
c)
La
lunghezza della tubazione affinché la temperatura di uscita dell'olio sia pari a 70 °C.
Note
§ Si assumano le seguenti proprietà
termofisiche:
Acqua: cac =
4178 J/(kg K); mac = 725´10-6 Ns/m2;
kac = 0.625 W/(m K)
Olio: col
= 2131 J/(kg K); mol = 3.25´10-2 Ns/m2;
kol = 0.138 W/(m K)
§ Per valutare i coefficienti
convettivi, si faccia uso delle correlazioni:
dove D rappresenta, rispettivamente, il diametro della tubazione interna per l'acqua, ed
il diametro idraulico del canale a sezione anulare per l'olio.