Energy Engineering - Fisica Tecnica

Full exam

Tema esame giugno 2020 ESERCIZIO 1 Una bombola di 50dm 3 di volume (massa a vuoto di 10kg, calore specifico di 400J/kgK), contiene anidride carbonica alla pressione di p 1=50bar e alla temperatura T 1=20°C. La bombola viene esposta accidentalmente a una fonte di calore per cui, dopo un certo tempo, si porta alla temperatura T 2=130°C Assumere che l’anidride carbonica si comporti come gas perfetto 1-Determinare la pressione del gas nel nuovo stato (2 pt) 2-Determinare il calore scambia to dal sistema bombola e gas con l’ambiente (3 pt) 3-Determinare il lavoro fatto dal o sul gas (1 p t) 4-Determinare la variazione di entropia del gas (2 pt) 5-Il processo subito dal gas è: (2 pt) scegliere una o più alternative a-Impossibile b-Reversibi le c-Irreversibile d-Indeterminabile sotto questo aspetto 6-Con riferimento al solo gas: (2 pt) scegliere una o più alternative a-Lo stato iniziale e lo stato finale giacciono sulla stessa curva (di equilibrio) in un piano U -S b-L’entropia nello stato fina le è maggiore in uno stato a pari energia interna e volume c-L’energia interna nello stato iniziale è maggiore di quella in uno stato a pari entropia e volume d-La disponibilità adiabatica iniziale è maggiore di quella finale e-Nello stato iniziale, l’ener gia disponibile rispetto a un serbatoio a T=20°C è maggiore della disponibilità adiabatica ESERCIZIO 2 Per riscaldare una corrente d’aria (pressione atmosferica, portata in volume da erogare pari a 7200m 3/h ) da T1 =20°C a T 2 =70°C viene proposto l’uso di un’apparecchiatura cha non ha scambi termici con l’ambiente e sfrutta, come unica fonte energetica, il raffreddamento da T 3 =90°C a T 4 =15 °C di gas combusti (anch’essi a pressione atmosferica) che scorrono in cui il circuito diverso da quello dell’aria. (Aria: gas perfetto; gas combusti: gas perfetto biatomico Mm=33,5kg/kmol; cadute di pressione trascurabili; funzionamento a regime; temperatura ambiente T 0 =20°C 7-Determinare la portata in massa della corrente d’aria (3 pt) 8-Determinare la portata in massa del gas combusti in ingresso all’apparecchiatura (3 pt) 9-Dire se il funzionamento di un’apparecchiatura simile sia: (3 pt) Scegliere una o più alternative a-reversibile b-irreversibile c-impossibile d-possibile e-indetermin abile 10 -Nel caso il funzionamento dell’apparecchiatura risulti possibile dire se essa è realizzabile come un semplice scambiatore a flussi paralleli (3 pt) scegliere una o più alternative a-scambiatore equicorrente b-scambiatore controcorrente c-nessuna d elle precedenti ESERCIZIO 3 Un albero cilindrico in acciaio (diametro D=20mm, lunghezza L=100mm), inizialmente alla temperatura T1=500°C, viene raffreddato da un getto d’aria a 15°C diretto ortogonalmente al suo asse (coefficiente di scambio termico h = 60 W/m 2K). Supponendo di potere trascurare gli scambi radiativi (Acciaio: calore specifico c = 440 J/kg*K; massa volumica p=7,8kg/dm 3; conduttività termica k=40W/m*K; riflettanza p=0,9; Aria: calore specifico c=1000 J/kg*K; massa volumi ca p=1,2kg/m 3; viscosità m=19*10 -6kg/m*s; conduttività termica k=0,027W/m*K Scegliere la correlazione di scambio termico appropriata tra le seguenti: Nu D = C* ������� ������������*Pr 0,33 Nu D = 0,360 + 0,518 ∗������������ ������1/4 [1+(0,559������������ )9/16]4/9 Nu L = 0,664* ������� ������1/2������������ 1/3 ������������ ������= (� 8)(������� ������− 1000 )������������ 1/3 1+ 12 ,7√� 8(������������ 23− 1) �= [1,82 ������������� ������� ������− 1,64 ]−2 Re C m Nu (Pr=0,7) 40 -4000 0,683 0,4663 3.4 -29 4000 -40000 0,193 0,6183 29 -121 40000 0,027 0,805 121 11 -Determinare il tempo necessario perché questo raggiunga la temperatura T 2=30°C (4 pt) 12 -Determinare la potenza termica dispersa radiativamente al tempo t=0s (pareti circostanti a temperatura dell’aria) (4 pt) 13 -Determinare la velocità U della corrente d’aria, che è diretta ortogonalmente all’asse dell’albero (4 pt)