Esercizi Fisica tecnica

IC - IAT

Didattica integrativa Fisica Tecnica

Testo degli esercizi svolti

Anno Accademico 2023/2024

Indice

1 Cicli termodinamici diretti e inversi 3

2 Scambiatori di calore 5

3 Esercizi di riepilogo 6

4 Esempio di utilizzo del diagramma di uido R134a p-h 9

2

1 || Cicli termodinamici diretti e in-

versi

1. Un impianto a vapor d'acqua per la produzione di energia elettrica funziona secon-

do un ciclo Rankine. Tramite esso, viene prodotta una potenza pari a 10 MW. Il

vapore entra in turbina alla pressione di 9 MPa e alla temperatura di 823 K. Suc-

cessivamente, si espande adiabaticamente no alla pressione di 3,5 kPa. All'uscita

del condensatore, il liquido è saturo ed è possibile trascurare il lavoro di pompag-

gio. Determinare il rendimento del ciclo e la portata di massa di uido circolante

nei seguenti due casi: con turbina isoentropica e con rendimento isoentropico di

espansione pari a 0,85.

(Risposta: a) ); ; b) ); )

η = 0, 433 ṁ = 6, 79 kg/s η = 0, 368 ṁ = 7, 99 kg/s

°

t = 20 C

2. Una cella frigorifera è posta in un ambiente a e mantiene al suo

amb

°

t = 0 C

interno una temperatura . Le condizioni interne sono mantenute da un

f rigo

impianto frigorifero funzionante a R134a, costituito da:

ˆ η = 0, 8

un compressore con rendimento isoentropico is

ˆ °

t = 22 C

un condensatore in cui il uido condensa a e all'uscita del quale

CD

°

10 C

subisce un sottorareddamento di

ˆ una valvola di laminazione

ˆ °

−5

t = C

un evaporatore in cui il uido evapora a EV

Determinare:

(a) La portata di massa circolante, sapendo che la potenza frigorifera è pari a

Q̇ = 5000 kcal/h .

EV t

(b) Il rendimento di un ciclo diretto di Carnot operante tra le temperature e

amb

t .

f rigo

COP

(c) Il del ciclo frigorifero.

(Risposta: ; ; )

ṁ = 116, 28 kg/h η = 0, 068 COP = 7, 2

Carnot ciclo

3. Un impianto frigorifero operante con R134a viene utilizzato per rareddare una

°

t = 40 C

cella frigorifera. L'impianto è composto da un condensatore ( ), da un

CD

3

Cicli termodinamici diretti e inversi

η = 0, 75

unico compressore ( ), da tre valvole di laminazione, da un miscelatore e

ic

da due evaporatori operanti in parallelo, alimentati singolarmente.

° °

−5 −30

C C

Nel primo evaporatore il uido evapora a , mentre nel secondo a .

All'uscita degli evaporatori, il vapore è supposto saturo secco. Il primo evaporatore

12 kW

deve fornire una potenza frigorifera pari a .

Il secondo evaporatore è posto in una cella frigorifera che richiede una potenza

577, 8 W

termica di per far fronte allo scambio proveniente dall'ambiente esterno.

L'evaporatore deve asportare, oltre a tale valore, un usso termico prodotto dalle

5 kW

derrate alimentari pari a .

Allo scopo di aumentare il coeciente di eetto utile dell'impianto, all'uscita dal

°

10 C

condensatore il uido subisce un sottoraeddamento di .

Determinare:

(a) La portata di massa totale di R134a circolante nell'impianto.

(b) La potenza di compressione.

(Risposta: ; )

ṁ = 0, 118 kg/s P = 9, 45 kW

tot

4. Un impianto turbomotore a gas, operante a circuito aperto con scambiatore rige-

nerativo a tubi concentrici tra il uido in uscita dalla turbina e quello in uscita dal

420 kW

compressore, fornisce una potenza netta di .

k = 1, 4 c = 1003 J/(kgK)

Il uido evolvente (gas ideale con e ) viene aspirato

p

°

t = 24 C p = 1, 2 ata

dal compressore, alla temperatura ed alla pressione , e

1 1

p

quindi compresso adiabaticamente no alla pressione con rendimento isoentropi