Esempi di prove di esame di Fisica tecnica

Proprietà dell'aria a 30°C

k=0.0262 W/m°C, p=1.2 kg/m^3, u=1.85*10^-5 kg/m*s, Cp=1 kJ/kg*K

Nu=2+ (0.4Re^0.5+0.06Re^2/3) *Pr^0.1*((u/us) ^1/4)3)

10 kg/s di aria (Tbu=26°C; Pv=21.35 mBar) vengono portati nelle condizioni finali caratterizzate da Tr=19.5°C e Pvs=40 mmHg. Disegnare sul diagramma di Mollier la trasformazione, descrivendo le fasi di cui si compone ed effettuando, per ciascuna di esse, i bilanci energetici e di massa.

1) Energia interna, calore ed esperimento di Joule

2) Dell'olio alla temperatura di 35°C e con una portata di 3.5 L/min entra in un tubo di rame (k=390 W/mK) del diametro interno di 1 cm e spessore 2 mm per essere riscaldato fino a 45°C. L'esterno del tubo è investito da una corrente di vapore condensante a 100°C. Calcolare quale lunghezza dovrà avere il tubo per garantire all'olio quel salto termico. Proprietà dell'olio: q=876 kg/m^3, k=0.144 W/mK, u=0.210 Ns/m^2, Cp=1964 J/kg K

Correlazione:

Nu=0,023Re^0,8*Pr^0,33) Le pareti di un locale di 25m² di superficie scambiano calore con l'esterno (K=2W/m²K). Dovendo mantenere le condizioni termo-igrometriche (pv=11mmHg: T=15°C) costanti si prevede di condizionare lo stesso per compensare sia i carichi termici che una produzione di vapore di 1kg/h. Determinare le caratteristiche termo-igrometriche che l'aria dovrà possedere dopo il condizionamento. Calcolare il calore da fornire nell'intero processo e riportare il percorso sul diagramma di Mollier (condizioni esterne: Tbs=5°C:UR=40%). La portata in volume di aria secca da trattare è pari a 300m³/h. Calcolare, inoltre, la percentuale di risparmio energetico ottenuta riciclando 75m³/h dal locale.

1) Irraggiamento, descrivere il funzionamento di una serra e le leggi fisiche coinvolte.

2) Durante la visita ad un impianto noti che la superficie esterna di un forno di cottura cilindrico a gas è abbastanza elevata T=130°F. L'ambiente in cui

Si trova il forno è a 75°F. Chiedi al manager dell'impianto se non convenga isolare il forno, ma egli risponde che secondo lui non ne vale la pena. Ti offri di pagare personalmente i costi di isolamento in cambio della cifra risparmiata in un anno di funzionamento del forno. Il manager accetta. Quanto hai guadagnato/perso nell'operazione?

Il forno è lungo 12ft ed ha un diametro di 8ft. L'impianto lavora h24 per 5 giorni alla settimana. L'isolante che hai a disposizione è fibra di vetro in fogli spessi 1 pollice (k=0,024 Btu/h*ft*°F) che costa 0,7$/ft^2, mentre la posa in opera costa 2$/ft^2. La conduttanza convettiva tra la parete del forno e l'aria circostante vale 3,5 Btu/h*ft^2*°F e il rendimento di combustione del forno è dell'80%. Il forno utilizza gas naturale che costa 0,75$/therm (1 therm = 100000 Btu).

3) 100kg as/s di aria nelle seguenti condizioni: Tbs=32°C, Tbu=26°C deve essere portata nelle condizioni

finalicaratterizzate da: Tbs=21°C, Pv=10,5mmHg. Come fluidi diservizio hai a disposizione (non devono essere usati tutti):acqua T=32°C, acqua T=21°C, acqua T=1°C, vaporesurriscaldato T=100°C (hv=600Kcal/kg).Disegnare sul diagramma di Mollier la trasformazione,descrivendo le fasi di cui si compone ed effettuando, perciascuna di esse, i bilanci di massa ed energetici.

1) Trasferimento del calore per conduzione

2) Una parete alta 4m e lunga 6m è costituita da duespessi fogli di acciaio (k=15 W/m k) separati da unostrato di fibra di vetro (k=0,035 W/m K). I fogli di acciaiosono collegati da barre di acciaio distanziate tra loro di99cm. Se la differenza di temperatura tra la pareteinterna e quella esterna è di 15°C, determinare il flussotermico attraverso la parete. È possibile ignorare ilcontributo al trasporto di calore offerto dalle barre dicollegamento, visto che occupano solo l’1% dellasuperficie di scambio termico? Lafigura è

relativa a questo problema3) 15kg as/s di aria (T=26°C;Pv=16mmHg) vengono portati nelle condizioni finali caratterizzate da Tr=28,5°C e Pvs=40mmHg. Disegnare sul diagramma di Mollier la trasformazione, descrivendo le fasi di cui si compone ed effettuando, per ciascuna di esse, i bilanci energetici e di massa

1) Definizione e proprietà dei fluidi

2) In uno scambiatore di calore si deve riscaldare dell'olio, con una portata di 0,323 kg/s, da 20 a 75 °C (Cp= 2,8 kJ/kg°C supposto costante con la temperatura). Come fluido caldo si ha a disposizione del vapore saturo secco alla pressione di 0,2703 MPa (alla quale corrisponde una temperatura di saturazione di 130 °C e un calore di vaporizzazione, Hv, pari a 2173,7 kJ/kg). Determinare: a) la superficie di scambio termico supponendo che la pressione del fluido caldo lungo lo scambiatore rimanga costante; si assuma il coefficiente globale di conduzione dello scambiatore, K, uguale a 2000W/(m2°C); b) la portata in massa di vapore.

Nell'ipotesi che dallo scambiatore il fluido riscaldante esca sotto forma di vapore saturo umido, cioè alla temperatura di cambio di stato (tutta la massa si trova alla fase liquida).

3) 100kg as/s di aria nelle seguenti condizioni: Tbs=42°C, Tbu=30°C deve essere portata nelle condizioni finali caratterizzate da: Tbs=32°C, Pv=14,5mmHg. Come fluidi di servizio hai a disposizione (non devono essere usati tutti): acqua T=32°C, acqua T=21°C, acqua T=1°C, vapore surriscaldato T=100°C (hv=600Kcal/kg).