14 02 12

Page 1

Meccanica dei Fluidi con Fondamenti di Ingegneria Chimica Scambio di Materia e di Calore 14 Febbraio 2012 Tema A Esercizio 1 (6 pt) Un serbatoio di forma cilindrica, di diametro interno pari a D=200 cm e altezza pari a H=300 cm , viene utilizzato per stoccare dell’idrogeno alla pressione P=(5+0.1·X) bar e alla temperatura T=80 °C . Le pareti del serbatoio, realizzate in nickel, hanno uno spessore s=(60+X) mm . La concentrazione di idrogeno all’esterno del serbatoio può essere considerata trascurabile. Si chiede di determinare la portata massiva di idrogeno che riesce a diffondere verso l’esterno attraverso le pareti del serbatoio. Si assuma un coefficiente di diffusione dell’idrogeno attraverso il nickel pari a Γ=10 -8 cm 2/s . Esercizio 2 (6 pt) Si immagini di condurre un esperimento in cui un corpo rigido rivestito con un sottile strato di naftalina ( PM=128 g/mol) viene investito da una corrente di aria secca ( Cp=0.24 cal/g/°C , α=0.214 cm 2/s ) alla temperatura T=( 25+X) °C , pressione di 1 atm e velocità pari a v=(2+0.1·X) m/s . Si osserva che nel lasso di tempo Δt=15 min, una quantità di naftalina pari a Δm=12 g riesce a passare dalla fase solida a quella vapore. Sapendo che la superficie di naftalina esposta all’aria è pari a A=(0.3+0.01·X) m2, si chiede di determinare il coefficiente di scambio termico nelle condizioni assegnate, sfruttando l’analogia tra scambio di materia e di calore. Si assuma che la tensione di vapore della naftalina alla temperatura data sia PV = (0.09+0.01·X) mm Hg e il coefficiente di diffusione in aria della stessa sia pari a Γ=0.61·10 -5 m2/s . Esercizio 3 (6 pt) Una corrente di olio alla temperatura Ti=120°C scorre lungo una tubazione di acciaio (conducibilità termica pari a kac =15 W/m/°C ) di diametro interno d=(1.6+0.1·X) cm e…