Temi esame Termodinamica e trasmissione di calore - dal 2017 al 2022

L

NTU T f,u

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N.B.

L’esito delle prove scritte sarà disponibile sulla pagina web del corso nella cartella /Materiale/Esito delle prove scritte/ entro venerdì

29/06/2018.

Qualunque delucidazione sulla correzione delle prove scritte sarà fornita nella data prevista per le prove orali secondo le seguenti modalità:

 prima dell’inizio delle prove orali per coloro che non sostengono la prova orale;

 durante il colloquio per coloro che sosterranno la prova orale.

Le prove orali saranno svolte nell’aula DE (presso DENERG) il giorno 03/07/2018 a partire dalle 9:00.

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TERMODINAMICA APPLICATA E TRASMISSIONE DEL CALORE

SCRIVERE NOME E COGNOME SUL TESTO, CHE DEVE ESSERE RICONSEGNATO AL TERMINE DELLA PROVA UNITAMENTE ALLO SVOLGIMENTO DEI CALCOLI

SU FOGLIO PROTOCOLLO. NEL CASO DI RITIRO IL TESTO DEVE ESSERE RICONSEGNATO COMPILATO CON NOME, COGNOME E MATRICOLA.

Cognome Nome

Ingegneria Energetica Ambiente e Territorio Matricola 0 0 0

 

Prova scritta - 12 Settembre 2018 c d u

3

ESEMPIO - Matricola 000376 (c=3, d=7, u=6): T = 5 + 3u = 23 °C; 3.4 + d/10 = 4.1 J/(cm K); = 2(30 + c) = 66 kJ/kg.

𝑞

1 𝑆𝑅

Es.1

Un ciclo frigorifero a semplice compressione e senza scambiatore rigenerativo, opera in condizioni stazionarie a determinate

pressioni. Il fluido frigorigeno impiegato è di tipo sperimentale, di cui sono note le seguenti caratteristiche:

- calore latente di condensazione alla pressione di condensazione di 10(30 + u) = _____ kJ/kg;

- entalpia del vapore saturo secco alla pressione di evaporazione 6(30 + d) = _____ kJ/kg.

A partire dallo stato di fine compressione, il fluido viene de-surriscaldato sino alle condizioni di saturazione, sottraendo la quantità

specifica di calore , che in valore assoluto è 3(30 + c) = _____ kJ/kg; dopo la completa condensazione, il fluido viene

𝑞

𝐷𝑆

sottoraffreddato sottraendo la quantità specifica di calore , che in valore assoluto è 2(30 + c) = _____ kJ/kg.

𝑞

𝑆𝑅

Nell’ipotesi che la compressione del fluido sia realizzata a partire dallo stato di vapore saturo secco e che gli scambi di calore

avvengano in modo isobaro, il coefficiente di prestazione del frigorifero vale 3 + d/10 = _____. Determinare in queste condizioni, il

lavoro specifico richiesto per la compressione del fluido.

𝑙 𝑡,𝑐

Il titolo del vapore a fine laminazione è x = 0.1 + u/100 = _____, determinare il calore latente di evaporazione .

𝑞

4 𝐿𝐸

Infine, sapendo che la quantità minima di calore necessaria al de-surriscaldamento, nel caso di compressione ideale in valore assoluto

è = , determinare il rendimento isoentropico del compressore.

𝑞 𝑞 𝜂

𝐷𝑆,𝑚𝑖𝑛 𝑆𝑅 𝑖𝑠,𝐶

= -112.5 kJ/kg = 73.3 %

= 375.0 kJ/kg

𝑙 𝜂

𝑞

𝑡,𝑐 𝑖𝑠,𝐶

𝐿𝐸

Es.2 

La portata G d’aria in composizione standard alla temperatura T = 5 + 3u = _____ °C e umidità relativa = 70% è miscelata in

1 1 1

condizioni adiabatiche e isobare alla pressione di 320 kPa con la portata G dello stesso gas alla temperatura T = 80 °C e umidità

2 2



relativa = 30 + d = _____ %. Il rapporto tra le portate di aria secca è pari a G /G = 2 + c/2 = ____.

2 2 1



Determinare la temperatura T , l’umidità relativa e la temperatura di rugiada T della miscela.

3 3 R



T = 55.8 °C T = 45.4 °C

= 60.0 %

3 R

3

Es. 3

Un dispositivo assimilabile ad una cilindro di diametro 10 + u = _____ cm e pari altezza, è raffreddato in una corrente d’aria a

temperatura costante. Del dispositivo sono noti i seguenti valori:

3

- capacità termica volumica 3.4 + d/10 = _____ J/(cm K), 2

- coefficiente di convezione sulla superficie (laterale e basi) 2(20 - c) = _____ W/(m K).

Determinare la costante di tempo t del dispositivo e il tempo t richiesto affinché siano compiuti nelle condizioni indicate i 2/3 del

0

transitorio.

In base a specifiche esigenze di processo, la durata del transitorio deve essere ridotta. A questo scopo la velocità di deflusso della

corrente d’aria nell’intorno della sfera è aumentata sino a 20 m/s. Determinare la riduzione percentuale del transitorio per

raggiungere il medesimo livello termico, tenendo conto della correlazione suggerita e dei seguenti valori di riferimento per le

proprietà del fluido: 0.61

- correlazione suggerita da McAdams per moto esterno su superfici sferiche: ,

)

𝑁𝑢 = 0.37(𝑅𝑒

𝑑 𝑑

2

- viscosità cinematica dell’aria: 15 mm /s,

- conducibilità termica dell’aria: 0.03 W/(m K). t/t

t = 1417 s t = 1556 s = 73.1 %

0

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N.B.

L’esito delle prove scritte sarà disponibile sulla pagina web del corso nella cartella /Materiale/Esito delle prove scritte/ entro giovedì

13/09/2018.

Qualunque delucidazione sulla correzione delle prove scritte sarà fornita nella data prevista per le prove orali secondo le seguenti modalità:

 prima dell’inizio delle prove orali per coloro che non sostengono la prova orale;

 durante il colloquio per coloro che sosterranno la prova orale.

Le prove orali saranno svolte nell’aula 29 il giorno 21/09/2018 a partire dalle 12:00.

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TERMODINAMICA APPLICATA E TRASMISSIONE DEL CALORE

SCRIVERE NOME E COGNOME SUL TESTO, CHE DEVE ESSERE RICONSEGNATO AL TERMINE DELLA PROVA UNITAMENTE ALLO SVOLGIMENTO DEI CALCOLI

SU FOGLIO PROTOCOLLO. NEL CASO DI RITIRO IL TESTO DEVE ESSERE RICONSEGNATO COMPILATO CON NOME, COGNOME E MATRICOLA.

Cognome Nome

Ingegneria Energetica Ambiente e Territorio Matricola 0 0 0

 

Prova scritta - 28 Gennaio 2019 c d u

ESEMPIO - Matricola 000376 (c=3, d=7, u=6): 85 + 2·u = 97 °C; 20 + d = 27 %; 15 + c = 18 K.

Es.1

Per un dispositivo frigorifero a semplice compressione di vapore operante in condizioni stazionarie è richiesta l’analisi delle

trasformazioni subite dal fluido frigorigeno R134a a valle della compressione, sino alla completa laminazione.

La prima trasformazione subita dal fluido frigorigeno è da considerarsi isobara a partire dalla temperatura di 85 + 2·u = ____ °C. Le

temperature a cui avvengono i cambiamenti di fase sono 40 °C e -10 °C e il titolo del vapore a fine laminazione è 20 + d = ____ % .

Gli stati termodinamici del fluido nelle regioni del vapore surriscaldato e del liquido sottoraffreddato devono essere ricavati in base

alle relazioni introdotte per l’entalpia e l’entropia di una generica sostanza. A questo scopo, i calori specifici ad una data pressione

sono assunti indipendenti dalla temperatura e pari ai valori negli stati saturi.

Trascurando le variazioni di energia cinetica e potenziale, determinare la quantità di calore q scambiata dal fluido per unità di portata

in massa, la temperatura T al termine della prima trasformazione e l’entropia specifica s complessivamente generata dal processo,

out irr

nell’ipotesi che il fluido interagisca con un termostato esterno alla temperatura T .

out

 20.97 °C 68.7 J/ (kg K)

-243.0 kJ/kg 𝑇 = 𝑠 =

𝑞 = 𝑜𝑢𝑡 𝑖𝑟𝑟

Es.2

Si consideri una macchina termica che funzioni secondo un ciclo Otto ideale di riferimento. Il fluido che percorre il ciclo è aria secca,

le cui temperature estreme sono 15 + u = ____ °C, 900 +10·d = ____ °C e la massima variazione di entropia è 0.8 kJ/(kg K).

Supponendo il fluido a comportamento ideale con proprietà indipendenti dalla temperatura, trascurando le variazioni di energia

 e il rapporto r tra le pressioni estreme

cinetica e potenziale, determinare il lavoro specifico netto l , il rendimento termico

n

raggiunte dal fluido. 

l = 142.0 kJ/kg r = 8.385

= 25.1 %

n

Es. 3

Due fluidi sono posti a contatto termico in uno scambiatore a tubi concentrici con disposizione controcorrente. Le temperature

d’ingresso dei due fluidi sono 10 + 2u = _____ °C e 110 + d = _____ °C. Il fluido con la capacità termica della portata maggiore è

quello che si raffr