110907_FT2

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 810-3 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 ( = 1010-8 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)