Fisica tecnica - Esercizi

Università degli Studi della Basilicata

Scuola di Ingegneria - Fisica tecnica esercizi

Anno Accademico 2016/2017

Fisica tecnica

I esonero: I° principio

1. In un condotto ad asse orizzontale opportunamente profilato viene espansa dell'aria (supposta a comportamento ideale) dalla pressione p₁ = 2 bar fino alla pressione p₂ = 1 bar. Nella sezione iniziale la velocità è v₁ = 90 m/s e la temperatura T₁ = 150 °C. Calcolare la velocità finale di uscita dell'aria supponendo la trasformazione adiabatica e quasi statica.

2. Un sistema chiuso consiste di una massa m = 2 kg di aria (gas perfetto) ad un volume iniziale V₁ = 2 m³ ed alla pressione p = 1 ata in un dispositivo cilindro-pistone (senza attrito). Il sistema subisce un processo a pressione (media esercitata dal pistone) costante durante il quale viene compiuto un lavoro su una ventola presente all'interno del cilindro: L_w = -1 kWh. Trovare il calore Q₁₂ scambiato tra il sistema e l'ambiente esterno se V₂ = 3 V₁.

3. Una turbina a vapore è alimentata con una portata G = 5000 kg/h e sviluppa una potenza di 500 kW. Supponendo adiabatica la trasformazione determinare:

   • La variazione di entalpia specifica del vapore tra le sezioni di imbozzo e sbocco della turbina, nelle ipotesi di variazione trascurabile di energia potenziale e cinetica.

   • La stessa caduta entalpica, se la velocità del vapore è pari a 40 m/s nella sezione di imbozzo e 250 m/s in quella di sbocco e questa sia ad una quota di 3 m inferiore alla sezione di imbozzo.

4. Un compressore centrifugo comprime una portata di G = 60 kg/h di un gas perfetto. Le condizioni del gas all'aspirazione sono p = 1 ata, T = 20 °C e v = 30 m/s; alla mandata sono p = 4 ata, v = 90 m/s. Valutare la temperatura finale del gas e la potenza teorica di compressione supponendo la trasformazione adiabatica reversibile, nel caso che il gas sia:

   • Azoto (k = 1.4; M = 28.016 kg/kmol)

   • Idrogeno (k = 1.405; M = 2.016 kg/kmol)

5. Una bombola di volume V = 0.2 m³ è collegata con una valvola ad una linea di distribuzione di aria (considerata a comportamento ideale) compressa alla pressione di 30 ata e temperatura 20 °C. Viene aperto il rubinetto e la bombola, inizialmente vuota, viene riempita di aria fino alla pressione di 30 ata. Supponendo il processo adiabatoco, calcolare la temperatura alla fine del riempimento e la massa dell'aria contenuta nella bombola.

6. Una bombola di volume V = 0.4 m³ è inizialmente piena di aria (gas perfetto) alla temperatura di 27 °C ed alla pressione di 50 ata. L'aria è scaricata all'atmosfera attraverso una turbina, fino a che la pressione eguaglia quella atmosferica (1 ata). Il processo è adiabatoco e reversibile. Calcolare il lavoro ottenuto all'asse della turbina.

7. Un compressore aspira una portata volumetrica pari a 150 m³/h di aria (gas ideale) alla pressione di 1 bar ed alla temperatura di 20 °C e la comprime fino a 30 bar. Calcolare la potenza teorica di compressione, la temperatura dell'aria a fine compressione ed il flusso termico scambiato nel caso di:

   • Compressione adiabatica ideale in uno stadio

   • Compressione adiabatica ideale in due stadi con raffreddamento intermedio isobaro sino alla stessa temperatura iniziale. La pressione intermedia sia pari a 5.5 bar

   • Compressione isoterma ideale

   • Compressione mediante una trasformazione politropica di esponente n = 1.3

Esercizi Fisica Tecnica

1. In un condotto ad asse orizzontale opportunamente profilato viene espansa dell’aria (rapporto di compressione ideale) dalla pressione p₁ = 2 bar fino alla pressione p₂ = 1 bar. Nella sezione iniziale la velocità è w₁ = 90 m/s e la temperatura T₁ = 150°C. Calcolare la velocità finale di uscita dell’aria supponendo la trasformazione adiabatica e quoni rotote.

   k_aria = 1.4, c_p = 1.005 J/kgK

   Perché è un sistema in deflusso di massa: Δq_t = 0 poiché si ad w₂ orizzontale q_t^e = 0 poiché non vi è un orm Δh + Δ_ec = 0 ⇒ Δh = - Δ_ec = c_p (T₂ - T₁) = - W₂² e_p (T₂ - T₁) W₂ = √(90 m/s)² • 1.0045 J/kg K • (347 K - 423 K) == √8100 m²/s² • 100.45 J/kg • (-76) J/kg = √81.00 m²/s² + 156.84 m²/s² = √160.984 m²/s² = 400.98 m/s

2. Un sistema chiuso consiste di una massa m = 2 kg di aria (gas perfetto) ad un volume iniziale V₁ = 2 m³ ed alla pressione P₁ = 1 ata in un dispositivo cilindro-pistone (senza attrito). Il sistema subisce un processo a pressione (media esercitata dal pistone) costante durante il quale viene compiuto un lavoro ed un...