220207_FT2
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Fisica Tecnica 2 Prova di esame del 22.02.2007 Termodinamica Domande teoriche: 1. Descrivere gli impianti di liquefazione dei gas. 2. Descrivere un impianto ad aria che opera secondo un ciclo Joule a due stadi di compressione con raffreddamento intermedio (interrefrigerazione) e a due stadi di espansione con riscaldamento intermedio (post-combustione). Disegnare lo schema meccanico dell’impianto ed il ciclo termodinamico sul piano h-s. [Opzionale: Determinare, inoltre, la pressione intermedia che minimizza il lavoro di compressione e massimizza il lavoro di espansione] Esercizi numerici: 3. In un ciclo combinato, un impianto turbogas (ciclo Joule) cede una potenza termica ad un impianto a vapore che opera secondo un ciclo Hirn. L’impianto a vapore lavora tra le pressioni di 30 bar e 1 bar, il titolo alla fine dell’espansione è pari a 0.90 e la potenza netta elettrica prodotta è pari a 50 MW. L’impianto turbogas opera tra le temperature di 300K e 1400K e la portata di aria è pari a 570 kg/s. Sapendo che lo scambiatore di calore posizionato tra i due impianti ha un’efficienza dell’80% determinare: - gli stati termodinamici dell’impianto a vapore; - la portata di vapore; - il rendimento termodinamico dell’impianto a vapore; - gli stati termodinamici dell’impianto turbogas; - il rapporto di compressione dell’impianto turbogas; - il rendimento dell’impianto turbogas; - la potenza netta prodotta dall’impianto turbogas; - il rendimento del ciclo combinato. [hl (1 bar)=417.46 kJ/kg; vl (1 bar)= 1.0432 10-3 m3/kg] 4. Un impianto di condizionamento fornisce aria calda per mantenere un locale alla temperatura di 23°C e = 50%. L’aria esterna si trova a 3°C e =80%. La portata di aria immessa nel locale è pari a 0.18 kg/s. L’impianto prevede un ricircolo di aria pari al 30% di quella immessa nel locale. Il trattamento aria consiste, dopo la miscelazione, nel preriscaldo, nell’umidificazione adiabatica fino al 90% di umidità relativa e nel postriscaldo fino alle condizioni di immissione. Sapendo che: - attraverso due pareti laterali del locale delle dimensioni di 6x5 m2 vi è una dispersione di calore verso l’esterno pari a 15 W/m2; - su ogni parete laterale disperdente del locale vi è un infisso delle dimensioni di 2x1.4 m2 che trasmette 25 W/m2 di calore verso l’esterno; - all’interno del locale viene prodotto un carico di vapore pari a 0.5 kg/h alla temperatura di saturazione di 36°C con hv (36°C)=2567.1 kJ/kg; determinare le condizioni di immissione, la potenza fornita dalla batteria di preriscaldo e da quella di postriscaldo. Tracciare le trasformazioni sul diagramma psicrometrico allegato. Fisica Tecnica 2 Prova di esame del 22.02.2007 Fluidodinamica e termocinetica Domande teoriche: 5. Si consideri una cavità formata da tre superfici grigie a diverse temperature. Ricavare con l’analogia elettrica le radiosità Ji e le potenze termiche nette qi e qij scambiate tra le tre superfici. 6. Ricavare l’equazione differenziale generale di bilancio dell’energia per un camino (verticale) che deve espellere una portata di fumi assegnata e che ha densità variabile lungo il condotto. Esercizi numerici: 7. Si consideri un filamento di tungsteno del diametro di 50 m e della lunghezza di 160 mm. Ai capi del filamento è applicata una tensione efficace di 220 Volt. L’emissività del filamento è pari a 0.8 e la temperatura dell’ambiente esterno, da considerare come un corpo nero, è pari a 10°C. Sapendo che la resistività varia con la temperatura secondo la legge: t 0,05 mm2 1 4,5 10 3 C1 t 9,47 10 5 C2 t 2 m determinare la temperatura del filamento e la corrente che lo attraversa. 8. Una portata di aria umida di 0.07 kg/s inizialmente alla temperatura di 25°C e umidità relativa 50% viene introdotta in un condotto rettangolare di dimensioni 20x10 cm2. Il condotto è a contatto con l’ambiente esterno che si trova a 5°C con un coefficiente di scambio termico convettivo pari a 7 W/(m2K). Sapendo che: - lo scambio termico tra aria umida e parete interna del condotto è regolato dalla seguente 0.8 correlazione empirica: NuDeq 0.023 ReDeq Pr 0.4 - il condotto ha uno spessore di 1 mm con conduttività termica pari a 20 W/(m k); - all’uscita dal condotto l’aria ha un’umidità relativa pari al 100%; determinare: - la temperatura dell’aria umida all’uscita; - la lunghezza del condotto; - l’andamento della temperatura lungo il condotto supponendo che l’entalpia dell’aria umida sia data solo dall’entalpia dell’aria secca. (Proprietà dell’aria: aria=1.2 kg/m3; aria =15.68 10-6 m2/s, Pr aria =0.71, k aria= 0.02622 W/mk)
