Energy Engineering - Fisica Tecnica

Full exam

Testo esame febbraio 2021 ESERCIZIO 1 Un serbatoio pressurizzato di 150 dm 3 di volume, contiene H 2O a una temperatura di 550°C e a una pressione di 70 bar. Il serbatoio dopo un tempo sufficientemente lungo, si porta insieme al suo contenuto in equilibrio termico con l’ambiente (T 0=25°C). Poiché il serbatoio è fatto di un materiale tanto leggero quanto rigido e con un’elevata resistenza termica, si ipotizzi (a) che la massa del serbatoio sia trascurabile rispetto a quella dell’H 2O in esso contenu ta, e (b) che, durante tutto il processo, la temperatura della superficie esterna del serbatoio si mantenga praticamente pari a quella ambiente 1- Determinare la pressione dell’H 2O nello stato finale 2- Determinare la massa di vapore, se presente, nello s tato finale 3- Determinare il calore scambiato dall’H 2O 4- Determinare l’entropia generata 5-Determinare l’energia disponibile, rispetto all’ambiente, del sistema serbatoio -H2O perduta nel processo Veniva fornita questa tabella completa ESERCIZIO 2 In un piccolo impianto di potenza (12,5MW elettrici) si usa un turbogas, il cui funzionamento può essere schematizzato come un ciclo Joule -Brayton ideale ad aria standard con le seguenti caratteristiche: Compressore: temperatura e pressione di aspirazione T 1= 293K e p 1=100kPa; rap porto di compressione manometrico β=7 Turbina: temperatura di ingresso T 3= 1450K, pressione di uscita p 4=100kPa (Dispersioni termiche e cadute di pressione trascurabili) 6- Determinare la portata in massa dell’aria 7- Determinare la potenza termica assorb ita 8- Determinare il rendimento del ciclo nel caso venga installato un rigeneratore (ideale) ESERCIZIO 3 Nel soffitto di un’officina corre per un tratto di 10m un tubo (diametro esterno 7cm, spessore di parete s=5mm, conduttività termica ktubo =20W/m*K) in cui scorre olio diatermico surriscaldato. Il tubo è ricoperto con uno strato di 7cm di isolante (conduttività termica kis=0, 06W/m), a sua volta ricoperto con un sottile foglio di allumino lucido per minimizzare anche le perdite per irrag giamento (riflettanza p=0,9; resistenza termica conduttiva trascurabile). Si ipotizzi (a) che la temperatura della superficie esterna dell’isolante sia di 45°C, (b) che quella del soffitto dell’officina e dell’aria siano di 20°C e (c) che l’aria sia sostan zialmente ferma. Proprietà termofisiche dell’aria: densità p=1,1181 kg/m 3; calore specifico a pressione costante cp=1007,3 J/kg*K, viscosità µ=19,07*10 -6kg/ms, conduttività termica k=0,0273W/mK Scegliere la correlazione di scambio termico appropriata tra l e seguenti Nu D = 2+0,3825 *������������ ������0,562 ∗������������ 0,4 Nu D = {1 + 0,387∗������������ ������1/6 [1+(0,599������������ )9/16]8/27} 2 Nu D = 0,023* ������������ ������0,8∗������������0,33 9- Determinare la potenza termica dispersa dal tubo per convezione 10 - Determinare la potenza termica dispersa da l tubo per irraggiamento 11 -Determinare la temperatura della parete interna del tubo