Energy Engineering - Fisica Tecnica

Full exam

Tema esame settembre 2020 ESERCIZIO 1 Nel cilindro di un motore a combustione interna si trova una miscela di aria e combustibile inizialmente alla pressione e temperatura p 1=1,8Mpa e T 1=400°C, quando si innesca la reazione di combustione che può essere considerata come un rapporto istantaneo di sola energia per unità di massa pari a 500kJ/kg. Successivamente, il gas si espande fino alla pressione p 3=0,2Mpa. Supporre di poter considerare la miscela composta solo di aria e di poter trascurare le dispersioni termiche. (Considerare il gas perfetto, biatomico e di massa molare M m=28,96kg/kmol) 1- Determinare la temperatura T2 di fine combustione 2- Determinare la pressione p 2 di fine combustio ne (pt 1) 3- Determinare la variazione di entropia specifica (pt 1) 4- Dire se il processo di combustione è: (pt 1) Scegli una o più alternative: a-indeterminabile b-possibile c-reversibile d-impossibile e-irreversibile 5- ipotizzando T 2=1177°C e p 2=32bar, determinare la minima temperatura T 3,min a cui il gas può arrivare a fine espansione (pt 2) 6- Calcolare il massimo lavoro, per unità di massa, producibile nell’espansione (pt 2) ESERCIZIO 2 Un grosso impianto di condizionamento (potenza frigorifera di 250000 kcal/h) usa una macchina frigorifera a R134a. Supporre che la temperatura di evaporazione sia di 4°C e quella di condensazione di 40°C, e che nel compressore entri vapore saturo secco mentre dal condensatore f uoriesca liquido saturo. 7- Calcolare la portata in massa di refrigerante R134a 8- Determinare la potenza meccanica richiesta dal compressore ideale 9- Determinare l’efficienza frigorifera della macchina 10 - Calcolare la portata in volume di aria (all’aspi razione) che può essere trattata nel caso T in=35°C e Tout=18°C, p in= 1 atm (dispersioni termiche e perdite di carico trascurabili). Veniva fornita questa tabella com pleta Veniva fornita questa tabella com pleta vapsaturoR134a ESERCIZIO 3 Delle sfere in rame di 18mm di diametro (T=25°C) vengono poste in un grande forno ventilato in cui l’aria ha una temperatura di 280°C e il coefficiente di scambio termico convettivo è di 180W/m 2K. Proprietà termofisiche. Aria: densità p=0,6389kg/m 3, calore specifico a pressione costante c p=1040 J/kg*K, viscosità µ=28,8*1 0-6 kg/ms, conduttività termica k=0,044W/mK. Rame: densità p=8900kg/m 3, calore specifico a pressione costante c p=380 J/kg*K, conduttività termica k=364W/mK, emissività ε=0,8. Scegliere la correzione di scambio termico appropriata tra le seguenti: Nu D = 2 + 0,3825 Re D0,562 *Pr 0,4 Nu D = 0,360 + 0,518 ∗RaD1/4 [1+(0,559Pr )9/16]4/9 Nu D = 0,023* Re D0,8Pr 0,33 Nu D= C* Re DmPr 0,33 Re C m 40-4000 0,683 0,4663 4000 -40000 0,193 0,6183 40000 - 0,027 0,805 11 - Calcolare il tempo necessario perch é le sfere raggiungano la temperatur a di 275°C, trascurando lo scambio termico radiativo 12 - Determinare la potenza termica radiativa all’inizio del processo (2pt) 13 - Determinare la velocità della corrente d’aria (3pt)