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)
