Fisica Tecnica 2 Prova di esame del 11.09.2007 Termodinamica Domande teoriche: 1. Ricavare l’espressione del lavoro meccanico scambiato in presenza di sorgenti entropiche di prima e seconda specie. 2. Descrivere un motore a combustione interna che opera secondo un ciclo Diesel. Disegnare i diagrammi T-s, p-v e p-V. Ricavare il rendimento termodinamico del ciclo in funzione di rv e rc e rappresentarlo graficamente in funzione di rv. Esercizi numerici: 3. Si consideri un impianto turbogas (ciclo Joule) cogenerativo. I gas di scarico vengono introdotti in uno scambiatore di calore in controcorrente nel quale dell’acqua inizialmente alla temperatura di 15 °C viene riscaldata fino a 70°C. Sapendo che: - il rapporto di compressione del ciclo Joule è pari a 20; - le temperature estreme raggiunte dal ciclo sono di 300K e 1400K; - la portata di aria è pari a 100 kg/s; - l’efficienza dello scambiatore di calore è pari all’80%; determinare gli stati termodinamici del ciclo, il rendimento termodinamico, la potenza termica trasferita all’acqua, la portata di acqua e la potenza elettrica prodotta. 4. Un impianto di riscaldamento invernale funzione tramite una pompa di calore a compressione di vapore in cui il fluido di lavoro è ammoniaca. Il fluido si trova alla temperatura di 0°C durante l’evaporazione e a 35°C durante la condensazione. Sapendo che: - l’ammoniaca alla fine della laminazione entra nell’evaporatore da cui ne esce come vapore surriscaldato, viene compressa e introdotta nel condensatore da cui ne esce come liquido saturo; - il carico termico da fornire al locale da riscaldare è pari a 10.5 kW e la portata di ammoniaca è 810-3 kg/s, determinare gli stati termodinamici del ciclo, la temperatura di ingresso del fluido nel compressore, la potenza meccanica assorbita dal compressore, il rendimento del ciclo. Disegnare il ciclo sul diagramma p-h allegato. Fisica Tecnica 2 Prova di esame del 11.09.2007 Fluidodinamica e termocinetica Domande teoriche: 5. Ricavare l’andamento della temperatura lungo un’aletta di sezione rettangolare con scambio termico convettivo all’estremità. Ricavare inoltre il flusso termico dissipato. 6. Ricavare l’espressione del rendimento di uno scambiatore di calore con l’impiego dell’efficienza. Esercizi numerici: 7. Un cilindro ( = 1010-8 m, k=80 W/mK) molto lungo avente un raggio di 2 mm viene percorre da una corrente di 100 A. Il cilindro scambia calore con l’ambiente per convezione ed irraggiamento. Sapendo che: - l’aria si trova alla temperatura di 20°C ed il coefficiente di scambio termico convettivo tra aria e cilindro è pari a 15 W/m2K; - il cilindro scambia calore, per irraggiamento termico, con l’ambiente esterno che può essere considerato un corpo nero alla temperatura di 30°C; - il cilindro ha un’emissività pari a 0.7; determinare - - con una procedura iterativa la temperatura superficiale del cilindro; - - determinare l’andamento della temperatura all’interno del cilindro in funzione del raggio. 8. Si consideri un metanodotto, che non ha scambi di calore con l’esterno, in cui fluisce metano alla pressione di ingresso di 10 bar, alla temperatura di 20°C e alla velocità di 2 m/s. Il condotto ha un diametro interno di 300 mm ed una rugosità pari a 0.2 mm. A quale distanza deve essere installata una stazione di pompaggio affinché la perdita di carico lungo il condotto non superi 1 bar. ( metano =15.6 10-6 m2/s)