Temi d’esame Termodinamica applicata e trasmissione di calore che vanno dal 2014 al 2017

E

TERMODINAMICA APPLICATA E TRASMISSIONE DEL CALORE D

Cognome Nome

Matricola

Ingegneria Energetica Matematica per l’ingegneria 0 0 0

 

Tn

MIN pm

Prein

Prova scritta - 3 Settembre 2014 c d u

Tran sara ma a

Es. 1 77,9 106,86

Ti

Un gas monoatomico (M=20 kg/kmol) alla pressione p = ____ bar [p = 7 + u] e alla temperatura T = ____ °C

Pmax

Max 1 1 1

p

[T =980 + 20d], viene espanso in una turbina sino alla pressione ambiente (1 bar) e alla temperatura T = ____ °C

1 2

[T = 450 + 5c]. 647,63k

T effEFene

2 me

Tmax re

In base alle seguenti ipotesi di calcolo

- comportamento ideale del fluido,

ln Tr Tr 034

231

Tuin

Cp

Tmax

op

- processo adiabatico e stazionario, ce

- variazioni trascurabili di energia cinetica e potenziale, co III 11438

II 

ma

determinare il rendimento isentropico , l’entropia specifica generata nell’espansione del fluido e il lavoro specifico l

III is ai

Fissò

perso per attrito interno. 

- Rendimento isoentropico = 78.2 %

is

I

Li L.at - Entropia specifica generata s = 237.5 J/(kg K)

irr

- Lavoro specifico perso per attrito interno l = 229.0 kJ/kg

ai

Es. 2

lor

Una macchina a ciclo inverso opera con fluido refrigerante R134a tra le pressioni di 1 e 10 bar. Il ciclo è a semplice

bere F

9,7

CR re

compressione e gli stati di inizio laminazione e di inizio compressione sono ipotizzati saturi.



In base alle misure eseguite le potenze termiche scambiate sono, in valore assoluto, = _____ kW [ = 9 + u/5] e

1 1

 = _____ kW [ = 5 + d/5 ]. Supponendo il funzionamento stazionario, trascurando le variazioni di energia cinetica

2 2

e potenziale, determinare le seguenti grandezze.

- Potenza meccanica del compressore W = -4.0 kW

t

- Prestazione del frigorifero COP = 1.25



- Rendimento isentropico del compressore = 45.6 %

is

Es. 3 3

In seguito ad un trattamento termico un componente in acciaio [7830 kg/m , 0.465 kJ/(kg K), 55 W/(m K)], di forma

cilindrica, di altezza h uguale al diametro d = ____ mm [d = 10 + 10u], ha un eccesso di temperatura di 150 K rispetto

l’ambiente. Per il suo raffreddamento è inizialmente posto in aria alla temperatura ambiente con la quale scambia per

2

 

convezione con il coefficiente ____ W/(m K) [ =10 + d ].

A A

Dopo 2 minuti primi, per accelerare il raffreddamento il componente è posto in una soluzione organica, anch’essa alla

2

 

temperatura ambiente, con la quale scambia per convezione con il coefficiente ____ W/(m K) [ = 800 + 20c ].

S S



Determinare il massimo valore assunto dal numero di Biot, l’eccesso di temperatura dopo il transitorio in aria e il

A

t

tempo complessivamente impiegato per raggiungere l’eccesso di temperatura di 10 K dopo il transitorio nella

tot

soluzione organica.

I - Valore massimo del numero di Biot Bi = 0.024

max

elevata lunghezza

100mm m 

- Eccesso di temperatura dopo il transitorio in aria = 123.1 K

A

878 t

- Tempo complessivo = 139.0 s

tot

C

120 kg

800

21 m

di 1 nei

9

condotto

G pA w̅ W 11278

Fee 7

Il 127300

e ingoiata

Re Rec 16

YE Pr

Red 640,95

0,023

v

Nud di Nuff

dif he

640,95

Tul

4 di TA

A 201376,08

11 4

4 156066,469

0,225 f

DATI piccola

162 spiegazione

ÈÈ inizio saturi

e compressione

tra rotor

1 a

pressioni 432 ha

TERMODINAMICA APPLICATA E TRASMISSIONE DEL CALORE

hiv

h

Cognome Nome

Ingegneria Energetica Matematica per l’ingegneria Matricola 0 0 0

 

LÌ

Prova scritta - 2 Febbraio 2015

Gt c d u

Il

90395

agg

Es.1

1

Gf Una determinata portata d’acqua in equilibrio termico e barometrico con l’ambiente esterno (T = 25 °C, p = 1 bar) è

0 0

impiegata per la produzione di vapore alla temperatura di 560 + 20·u = ____ °C e alla pressione di 5 + 5·u = ____ bar.

Nelle diverse fasi del processo la fornitura di calore è realizzata attraverso un generatore di vapore, che per semplicità è

ha

assimilato ad un termostato, la cui temperatura è 20 K superiore a quella massima richiesta al vapore.

Gh

ha 484 If

A partire dallo stato iniziale del fluido, si supponga di realizzare il processo secondo due modi alternativi:

a) compressione del liquido sino alla pressione massima e successiva fornitura isobara di calore;

b) fornitura isobara di calore e successiva compressione del vapore sino alla pressione massima.

It ha

thin

Ipotizzando in ogni caso la compressione ideale del fluido, tracciare qualitativamente i due processi sul diagramma

Fg

101,43

entropico. Adottando il modello di fluido incompressibile per lo stato iniziale, determinare le quantità specifiche di

energia termica e meccanica scambiate, nonché le irreversibilità associate ai processi a) e b).

lt

Wt Gf kW

40  q = 3508.7 kJ/kg s = 3.769 kJ/(kg K)

l =-0.40 kJ/kg irr

t,c

Processo a) l = -520.3kJ/kg q = 2988.8 kJ/kg s = 4.379 kJ/(kg K)

Et 117 t,c irr

Processo b)

Es.2

Il dispositivo indicato in figura è costituito da un cilindro e un pistone libero di muoversi senza attrito lungo la direzione

in cui agiscono le forze del campo gravitazionale. Il pistone ha una massa di 10 + 10·u = ____ kg e la sua superficie di

ÈÈ III

2

base è 100 cm . Il dispositivo opera in un ambiente alla pressione di 10 kPa e nello stato 1 al suo interno è presente una

osa

i miscela satura umida caratterizzata da 0.5 + d/10 = ___ g di acqua nello stato liquido e da 0.5 + c/10 = ___ g di acqua

il risultato

nello stato vapore (Attenzione queste masse sono espresse in grammi!). è fosse

ottenuto corretto ma

non se

Attraverso una valvola (inizialmente chiusa) il dispositivo è collegato ad una tubazione in grado di erogare una certa avrei

nell'esercizio

scritto

corretto quello

portata d’acqua nelle condizioni di vapore saturo secco alla pressione p = 2 + 2·u = ____ bar.

lt S

Tn

Ta di

più

Cp bassa

c una quella

temperatura

All’apertura della valvola la portata di vapore è laminata sino alla pressione p corrispondente al livello barometrico

e che è

stato

dello

interno al dispositivo e il processo termina nello stato 2, quando il titolo del vapore è aumentato del 20% rispetto quello

3

iniziale. Indicare in modo qualitativo sul diagramma entropico gli stati 1, 2, S e quello del vapore dopo la laminazione.

T2

Ti E

40

Ipotizzando il processo adiabatico, determinare la massa finale M di vapore all’interno del dispositivo, il lavoro tecnico

2

scambiato e le irreversibilità generate in seguito al processo.

7 90

26 374

273,16 𝑔⃗ 2

S e

S e 1

II 15TH 323,16 M = 1.23 g L = 17.9 J S = 0.244 J/K

2 t irr

sa si Gr

1,7471

Es. 3

7 1K

3 In un piccolo impianto a vapore il fluido è condensato alla temperatura costante di 45 + u = ____ °C e per il suo

completo cambiamento di fase il flusso termico che deve scambiare è in valore assoluto 50 +5·d = ____ kW.

A questo scopo si dispone di acqua alla temperatura di 15 °C e di uno scambiatore a correnti parallele di cui il

costruttore fornisce, per queste condizioni operative, il numero di unità di trasporto pari a 1 + c/10 = ____.

Determinare l’efficienza richiesta allo scambiatore e la minima differenza di temperatura tra il fluido che condensa e

l’acqua di raffreddamento.

Nel caso si ipotizzino come trascurabili la resistenza convettiva del fluido che condensa, la resistenza conduttiva della

parete solida che separa i due fluidi e i fattori di sporcamento, assumendo la resistenza convettiva lato acqua di

2

raffreddamento pari a 0.002 (m K)/W, determinare la superficie di scambio richiesta. 2



 T S = 5.27 m

= 63.2 % = 11.0 K

min

L Bis

Bis

3 dj Bina

dj 0,0m

0,0003 to 1

II 7,6s

606,8s s

a

o è

0 123,1k

è be

Qs to

0 Dts of 19s

s

Attor Dta Dts E 139 s

Mammola

TERMODINAMICA APPLICATA E TRASMISSIONE DEL CALORE

Cognome Nome

Ingegneria Energetica Matematica per l’ingegneria Matricola 0 0 0

 

Prova scritta - 23 Febbraio 2015 c d u

Es.1

Una miscela costituita da un gas A monoatomico di massa molare 10 + u = ____ kg/kmol e da un gas B biatomico di

massa molare 20 +2d = ____ kg/kmol è contenuta in un dispositivo cilindro – pistone. La frazione massica del gas A è

del 40 + 4c = ____ %. Per determinare le proprietà si ipotizzi la miscela ideale composta da gas ideali.

Nello stato 1 la miscela è in equilibrio alla pressione di 5 + u = ____ bar e alla temperatura di 25 °C.

Mantenendo fermo il pistone nella posizione inziale, per raggiungere lo stato 2 alla miscela è fornita una quantità di

calore per unità di massa pari a 50 +5d = ____ kJ/kg.

Infine, per raggiungere lo stato 3 di equilibrio termico e barometrico con l’ambiente esterno (T = 25 °C, p = 1 bar), si

0 0

supponga che la miscela compia una trasformazione internamente reversibile, assimilabile ad una politropica.

Sapendo che sono nulle le variazioni di energia cinetica e potenziale, per la trasformazione 2-3 determinare in base alle

ipotesi, in valore e segno, il calore specifico caratteristico e le quantità di calore e lavoro tecnico scambiate per unità di

massa con l’ambiente esterno.

In ragione dei risultati ottenuti, assumendo come st