fisica tecnica esame svolti

Irraggiamento

Calcolare la quantità di calore scambiata per irraggiamento, per unità di tempo e di lunghezza, quando due cilindri coassiali, considerati grigi ai fini dell'irraggiamento (ε₁ = 0.25 ed ε₂ = 0.33), di diametri 0.4 e 0.6 m vengono mantenuti, rispettivamente, alla temperatura di 27°C e di 327°C. Determinare gli stessi parametri quando tra essi è interposto un cilindro nero, coassiale con gli altri due, di diametro 0.5 m.

Irraggiamento

Un contenitore sferico a doppia parete viene usato per trasportare ghiaccio fondente (0°C). Il diametro della sfera interna è di 2 m ed è separata dalla sfera esterna da un'intercapedine di 1.5 cm in cui verrà fatto il vuoto. La temperatura della superficie della sfera esterna è di 15°C. Si determini il flusso termico trasmesso dal ghiaccio e la quantità di ghiaccio che fonde in 24 h. ε₁ = ε₂ = 0.15, λ_ghiaccio = 333.7 kJ/kg

Irraggiamento

Valutare lo spessore di sughero, considerato in prima approssimazione a conduttività termica costante K=0.030 kcal/(m h °C) che in una geometria a strato piano indefinito tra le temperature T₁=30°C e T₂=196°C realizzi un isolamento termico equivalente a quello di una intercapedine a vuoto spinto (a pareti piane parallele) con le superfici affacciate grigie (ε=0.02).

Irraggiamento

Un sottile foglio di alluminio con ε=0.1 viene posto tra due lastre parallele di 2 m² mantenute alla temperatura di 300 K e 500 K; esse hanno una emissività pari rispettivamente a 0.2 e 0.7. Determinare il flusso di calore trasmesso per irraggiamento nell'intera giornata, in assenza ed in presenza dello scudo termico.

Irraggiamento

Il filamento di una lampadina ad incandescenza può essere considerato un corpo nero a 3200 K. Determinare la lunghezza d'onda alla quale si raggiunge il massimo dell'energia emessa dal filamento.

Irraggiamento

Dell'ossigeno liquido (temperatura di ebollizione -183°C) deve essere conservato in un contenitore sferico di 30 cm di diametro. Il filamento è isolato dal vuoto che si ha nell'intercapedine distinta tra il suddetto contenitore ed una sfera concentrica di diametro di 4 cm. Entrambe le sfere sono di alluminio (ε=0.03) e la temperatura della sfera esterna è di +1°C. Si calcoli la potenza termica che per irraggiamento è trasmessa all'ossigeno.

Conduzione (pareti piane)

La parete di un frigorifero è costituita da una lastra di fibra di vetro (k₁=0,035 W/m °C) racchiusa da due lamine di metallo (k₂=15,1 W/m °C) spesse 1 mm.

L'ambiente interno si trova alla temperatura costante di 3°C mentre la temperatura esterna è di 32°C. La evitare la formazione di condensa.

Conduzione (pareti piane)

Una parete di 30 cm di spessore è fatta da un materiale di conducibilità termica pari a 0,74 kcal/h m °C. Si vuole ridurre il flusso termico che attraversa la parete aggiungendo ad essa un ulteriore strato di materiale isolante di conducibilità pari a 0,30 kcal/h m K.

Assumendo che le temperature superficiali della parete composta siano di 110°C e di 35°C calcolare il minimo spessore del materiale isolante che assicura un flusso termico minore od uguale a 1600 kcal/h = 18 600 W.

Conduzione (pareti piane)

Della struttura rappresentata in figura, si determini lo spessore dell'elemento S affinché il flusso termico sia minore od uguale a 345 W. Si determini inoltre la temperatura alla metà dello spessore di detto elemento. T₁=50°C; T₂=15°C.

Conduzione (pareti cilindriche)

Del materiale isolante (k=0,04 W/m °C) viene utilizzato per ridurre le perdite termiche di un tubo d'acciaio. Diametro interno ed esterno dell'isolante sono rispettivamente 12 e 20 cm. Le temperature all'interno del tubo è di 75°C, mentre quella esterna è di 18°C. Determinare il flusso di calore per unità di lunghezza e la temperatura a metà dello spessore dell'isolante. Si trascuri la resistenza del tubo d'acciaio.

Conduzione (pareti cilindriche)

Vapore alla temperatura di 45°C fluisce in un tubo di acciaio (k=8,7Btu/h ft °F) di diametro interno pari a 3,5in e 4n di diametro esterno. Il tubo è immerso in un ambiente a 55°F. Il tubo è isolato con uno strato di fibra di vetro (k=0,020 Btu/h ft °F) spesso 2in. Calcolare le perdite di calore per unità di lunghezza di tubazione. Quale errore si commetterebbe trascurando la resistenza offerta dal tubo di acciaio?

Convezione

Un tubo di diametro interno 0,05 ft, di spessore 5 mm e lungo 70 cm è percorso da acqua alla temperatura media di 90°C.

Se la velocità dell'acqua è 1,5 cm/s e la temperatura della parete è mantenuta a 311°K, determinare il flusso termico ceduto per convezione alla parete.

Nu = 1.86 (Re Pr d/l)^1/3 (μ/μ_w)^0.14

μ_w=0.738 lb/h ftc_p=1 kcal/kg °Kμ=0.73 cpK=0.43 kcal/m h °C

CONVE NT N° 18

L = 30m

Des = 0,04m

Tes = 15°C

Tsup = 150°C

ARIA

K = 0,0297 W / m²°C

V = 2,06 · 10⁻⁵ m²/s

μ = 2,108 · 10⁻⁵ kg/ms

α = 0,0002629 1/K

Pr = 0,706

Ra = Gr · Pr

Gr = (Δ · α · g (Tsup - Tes)) / ((μ / ρ)²)

Gr = (q³ · 0,002829 · 9,81 (150 - 15)) / ((2,108 · 10⁻⁵ / 1,01)²)

ρ = μ / V = 2,108 · 10⁻⁵ / 2,06 · 10⁻⁵ = 1,01 kg / m³

Gr = 8833,08621 m 8,83 · 10¹⁰

Ra = 8833,886214 · 0,706 = 62236,72667 6,22 · 10¹⁰

Nu = h = Nu · k / D

Q = λ A ΔT = 128,8 · 2π · 0,05 · 50 · 135 = 273130,0653 W

Φpersa = 273130,0653 · 25 / 100 = 68282,52 W

E = Q · t = 68282,52 · 2153357551 / 31536000

Therm = 2153357551 / 105000 = 20508,17 Therm

Tot€ = 20508,17 · 0,5 = 10254,08 €

Irraggiamento pg 32

D₁ = 0,06 mD₂ = 0,07 mL₁ = L₂ = 0,2 mE₁ = E₂ = 0,1λ_g = 34 g/45 s/kg = 336,000 s/kgR_g = 640 kg/m³T₁ = 0°C = 273,15 KT₂ = 40°C = 313,15 K

A_t = A_E + A_t = 2πrL + ...= 2π . 0,03 . 0,2 + 2π . 0,035 = 0,047 m² 0,0377 m²

m_con = ρ . V = 640 . πr² L = 0,36 kg

Q = t = m . λ

t = m.₂Q

0,36 . 334,000 = 215,82 . ... = 59,96 h0,4887 = (0,053996 l, ...)24604,051573 = 68,34 h

Irraggiamento pg 33

D_in = 0,04 mD_est = 0,1 mE₁ = 0,95T₁ = 200 KQ = 8 WT₂ = 500 K

A = 2πrL = 2π . 0,005 ...A = 0,0314 m²

Q = ...= ... (0,0314 . 5,67 . 10^-8 . (200⁴ - 500⁴))

8 = ...

M_ext = P . Vmm

...

Ε₂ = 0,0068

Irraggiamento Pg 25

Q = A₁ Θ (T₁⁴ - T₂⁴)

1 / E₁ + 1 / E₂ - 1 / F₁₂

ε₁ = 0,25

ε₂ = 0,33

D₁ = 0,4 m

D₂ = 0,6 m

T₁ = 27 °C ; T₂ = 327 °C

Θ = 5,67 ⋅ 10^-8 W / m² K⁴

T₁ = 27 + 273,15 = 300,15 K

T₂ = 600,15 K

2 π R₁ L = 2 π ⋅ 0,2 ⋅ 1 = 1,26 m²

Q = 1,26 ⋅ 5,67 ⋅ 10^-8 (300⁴ - 600⁴)

2 ⋅ ∞ = 1622,91 W

A₁ Θ (T₁⁴ - T₃⁴)

Q_CN = 1 / E₁ + 1 - ε₃ / E₃ (r₁ / r₂) = 0

1 / E₂₅

k₁ (T₃⁴ - T₂⁴)

1 / E₁

Q x - 23 = Q_{3 x 2}

A₃ (T₄⁴ - T₃⁴) =

1 / E₃ + 1 - ε₂ / E₂ (r₃ / r₂)

0,25 (T₃⁴ - 600,15⁴)

1 / E₁

0,2 (300,15⁴ - T₃⁴)

0,1 / E₂₅

1 / 1 + 1 - 0,33 / 0,133

0,25 (T₃⁴ - 600,15⁴) / 2,54

0,05 (300,15⁴ - T₃⁴) = 0,0984 (T₃⁴ - 600,15⁴)

405810607,7 + 0,05[T₃⁴] = 0,0984 [T₃⁴] - 1,2765 ⋅ 10^-10

0,1484