Temi d'esame + svolgimento di Fisica tecnica

Domande relative al testo

D12) Determinare l'entalpia massica del punto iniziale. 104.54 kJ/kg

D13) Di quanto aumenta la temperatura durante il riscaldamento? 35.95 K

D14) Di quanto varia la pressione parziale dell'aria secca tra il punto iniziale e quello finale. 2072.45 Pa

D15) Determinare la temperatura di rugiada del punto finale. 18.67°C

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BERGAMO – FISICA TECNICA 06/11/2017

22014 GESTIONALE – 21050 INFORMATICA – 208417 EDILE – 328417 TESSILE

La giustificazione delle risposte, redatta in forma chiara e leggibile, deve essere riportata sui fogli quadrettaticonsegnati unitamente al testo. L'assenza della giustificazione delle risposte, o una sua presentazione in unaforma che la renda non chiaramente comprensibile, comporta un'assegnazione di punteggio nulla.

Il candidato è tenuto ad evidenziare, mediante l'apposizione di una crocetta negli spazi posti accanto alledomande, i quesiti cui ha

Dato una risposta (anche parziale). In assenza d'evidenziazione il punteggio assegnato alla risposta sarà pari a zero.

Il tempo a disposizione per risolvere i problemi è di 2 ore.

COGNOME NOME MATRICOLA

Problema n.1

Aria (gas perfetto, biatomico, Mm = 28.96 kg/kmol) evolve con le seguenti trasformazioni in un pistone senza attrito:

1. 1 → 2 compressione isoentropica da T = 300K e p = 1 bar
2. 1 → 2 riscaldamento isocoro fino a p = 1,2·p
3. 2 → 3 riscaldamento isobaro
4. 3 → 4 espansione isoentropica
5. 4 → 5 raffreddamento isocoro.

Il calore massico scambiato con la sorgente calda è pari a 1000 kJ/kg. Il rapporto volumetrico di compressione fra il volume massimo e quello minimo del ciclo è Vmax/min = 18.

01) Disegnare qualitativamente il ciclo nei diagrammi p-v e T-s.

02) Quanto valgono pressione, temperatura e volume massico dopo la compressione?

3p = 57.2 bar, T = 953.3 K, v = 0.0478 m /kg²!² D03) Calcolare i punti mancanti (p,T,v) del ciclo. 3p = p = 68.64 bar, T = 1142.82 K, v = v , T = 2002.62 K, v = 0.0838 m /kg, p = 2.63 bar,3³ 4³ 3² 4⁴ 5³T = 788.67 K, v = v = 0.861 m /kg⁵ 5¹! D04) Quanto vale il calore massico scambiato con la sorgente fredda? -350.74 kJ/kg! D05) Determinare le variazioni di entropia massica per ogni singola trasformazione.∆s ∆s ∆s ∆s ∆s= = 0, = 130.14 J/(kg K), = 563.67 J/(kg K), = -693.74 J/(kg K)12 45 23 34 51

Problema n.2

Un generatore di vapore (scambiatore equicorrente, a fasci tubieri) è alimentato da una portata di acqua (liquido saturo) pari a 7 t/h. Alla sua uscita tutta l'acqua è completamente evaporata. La pressione nel generatore è costante e pari a 5 bar. Tra uscita e ingresso c'è una differenza d'altezza di 20 m e il diametro interno del condotto è pari a 100 mm. La temperatura d'ingresso del fluido caldo (un gas) = 48

kg/kmol) è pari a 450°C. La velocità del fluido caldo può essere assuntaperfetto triatomico, M mcostante. Lo scambiatore ha un’efficienza di 0,85.! D06) Calcolare le velocità d’acqua all’ingresso e all’uscita del generatore.c = 0.27 m/s, c = 92.77 m/si u! D07) Determinare la potenza fornita per la generazione di vapore. 4106.5 kW! D08) Quanto vale la capacità termica [W/K] del fluido caldo? 16.2 kW/K! D09) Che temperatura raggiunge il fluido caldo in uscita? 196.19°C! D10) Calcolare la conduttanza (UA [W/K]) dello scambiatore. 30.83 kW/K

Problema n.3

Un condotto cilindrico [k = 40 W/(m K), raggio interno r = 50 mm, spessore = 5 mm,ilunghezza = 1 m] nel quale fluiscono prodotti di combustione alla temperatura di 250°C2[h = 35 W/(m K)] viene isolato con uno strato coibente (spessore = 25 mm). La temperatura dell'ariaesterna è di 20°C e la temperatura esterna dell'isolante è 40°C mentre

Il coefficiente di scambio termico convettivo esterno è pari a 15 W/(m²K). Si considerino trascurabili le potenze scambiate attraverso le basi del cilindro.

D11) Qual è la potenza termica scambiata? 150.8 W

D12) Quanto vale la resistenza termica complessiva? 1.53 K/W

D13) Qual è la conduttività termica dell'isolante? 0.0457 W/(mK)

D14) Se si raddoppia lo spessore dell'isolamento, mantenendo invariate le dimensioni del condotto, quanta potenza viene dissipata? 92.7 W

D15) Determinare il raggio critico. 3.05 mm

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BERGAMO – FISICA TECNICA 22/01/2018

22014 GESTIONALE – 21050 INFORMATICA – 208417 EDILE – 328417 TESSILE

La giustificazione delle risposte, redatta in forma e deve essere riportata sui fogli quadrettati consegnati chiara leggibile, unitamente al testo. L'assenza della giustificazione delle risposte, o una sua presentazione in una forma che la renda

nonchiaramente comprensibile, comporta un’assegnazione di punteggio nulla.

Il candidato è tenuto ad mediante l'apposizione di una crocetta negli spazi posti accanto alle domande, ievidenziare,quesiti cui ha dato una risposta (anche parziale). In assenza d’evidenziazione il punteggio assegnato alla risposta sarà pari azero.

Il tempo a disposizione per risolvere i problemi è di 2 ore.

COGNOME NOME MATRICOLA................................................. ......................................................

Problema n.1

In un contenitore adiabatico ci sono due recipienti, nominati A e B, separati da una parete mobile. Ciascun= 28,96 kg/kmol) e occupando, ogni uno,recipiente contiene 0.1 kg di aria (gas perfetto, biatomico, Mm3 alla temperatura di T = 20°C e T = 100°C, rispettivamente. Il recipiente Ainizialmente un volume di 2 dm 1A 1Bè dotato da un pistone motorizzato, e se attivato, comprime il gas contenuto nel recipiente A. Sia il

motore sia laparete mobile, vengono controllate secondo i seguenti azionamenti:

/V [-]i → j membrana motore V Aj Ai1 → 2 diatermana fissa spento→ 32 adiabatica fissa accesso: W = 1,5 kJ→ 43 diatermana mobile spento 1,23N.B. Il volume totale iniziale dei due recipienti è pari a 4 dm . Diatermana significa non adiabatica.

D01) Determinare la pressione e la temperatura dopo la prima trasformazione nel recipiente A.T = 60°C, p = 4.78 MPa2 2

D02) Quanto valgono tutte le temperature delle trasformazioni per il recipiente A?T = 80.90°C, T = 151.71°C3 4

D03) Calcolare i lavori delle singole trasformazioni del recipiente A. W = 0; W = 1.5 kJ, W = -2.03 kJ12 23 12

D04) Determinare i calori delle singole trasformazioni del recipiente A.Q = 2.87 kJ, Q = 0, Q = 7.12 kJ12 23 34

D05) Disegnare le trasformazioni svolte dal gas nel diagramma p-V per il recipiente A.

Problema n.2

Per climatizzare una stanzasi utilizza il seguenteimpianto. Aria umidaesterna (U) viene

miscelataadiabaticamente con ariaumida riciclata (B).La miscela risultante M viene raffreddata a pressione costante. La parte aeriforme (K) viene riscaldata apressione costante ottenendo le condizioni R, immesse nella stanza da climatizzare. Il riciclo (A) vieneraffreddato a pressione costante fino a saturazione (B). La pressione atmosferica è pari a 1 atm.

Determinare usando il diagramma psicrometrico sul retro e segnare esplicitamente i singoli punti:

D06) la temperatura e l'umidità relativa e assoluta del punto M, U = 18 g /kg , ϕ = 0.9, T = 25°C

D07) la portata del condensato formato durante il raffreddamento (trasformazione M → K), 12.9 g /h

D08) la potenza estratta durante il raffreddamento isobaro (trasformazione M → K), -863 W

D09) la potenza scambiata nello scambiatore isobaro, 221 W

D10) la temperatura e l'umidità relativa e assoluta del punto A. U = 20.1 g /kg , ϕ = 0.54, T = 35.6°C

Problema n.3

centrale termoelettrica opera con un ciclo Rankine. Il vapore uscente dalla caldaia è alla pressione di 60 bar e 500°C. La pressione nel condensatore è pari a 0.1 bar. I rendimenti isoentropici della turbina e della pompa possono essere considerati ideali.

D11) Determinare il lavoro massico della turbina. -1241.8 kJ/kg

D12) Quanto calore massico viene estratto per condensare completamente il vapore? -1988.6 kJ/kg

D13) Quanto vale il lavoro massico della pompa? 6.05 kJ/kg

D14) Quanto calore massico serve per produrre vapore a 500°C e 60 bar? 3224.3 kJ/kg

D15) Quanto vale il rendimento termico del processo? 0.383

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BERGAMO – FISICA TECNICA 05/02/201822014 GESTIONALE – 21050 INFORMATICA – 208417 EDILE – 328417 TESSILE

La giustificazione delle risposte, redatta in forma e deve essere riportata sui fogli quadrettati chiara leggibile, consegnati unitamente al testo. L'assenza della giustificazione delle risposte, o una

Sua presentazione in una forma che la renda non chiaramente comprensibile, comporta un'assegnazione di punteggio nulla. Il candidato è tenuto ad mediante l'apposizione di una crocetta negli spazi posti accanto alle evidenziare, domande, i quesiti cui ha dato una risposta (anche parziale). In assenza d'evidenziazione il punteggio assegnato alla risposta sarà pari a zero. Il tempo a disposizione per risolvere i problemi è di 2 ore.

COGNOME NOME MATRICOLA

Problema n.1

100 kg di vapore d'acqua (T = 200°C, p = 1 bar), racchiusi in un recipiente dotato di pistone mobile, vengono compressi isotermicamente fino a raggiungere lo stato di vapore saturo.

D01) Quanto calore viene scambiato durante tale trasformazione? -66.58 MJ

D02) Quanto lavoro viene scambiato durante tale trasformazione? 60.08 MJ

D03) Quanto calore è necessario scambiare per ottenere

vapore (partendo da vapore saturo) contitolo x = 0.3 per mezzo di una trasformazione isobarica? -135.7 MJD04)

Quanto lavoro viene scambiato nella trasformazione descritta al punto precedente? 13.72 MJD05)

Se il vapore ottenuto al punto precedente venisse espanso adiabaticamente (equasistaticamente) fino alla pressione di 1 bar, quale sarebbe il titolo raggiunto? 0.373

Problema n.2

Il sensore di una termocoppia, la cui forma può essere approssimata con una sfera, viene usato per misurare la temperatura di un flusso di gas. Il coefficiente di scambio termico convettivo tra termocoppia e gas è pari a 400 W/(m²K) e le proprietà termo-fisiche della termocoppia sono: ρ = 8000 kg/m³, k = 20 W/mK, c = 400