Energy Engineering - Fisica Tecnica

Full exam

Testo esame gennaio 2021 ESERCIZIO 1 Si considerino tre blocchi di metallo rispettivamente di massa M A=5 kg, M B= 12kg e M C=20 kg, e calori specifici c A=700J/kg*K, c B=400J/kg*K e c c=500 J/kg*K. Inizialmente i tre blocchi sono rispettivamente alle temperature T A1 = 400°C, T B1 =200°C, ma a un certo momento vengono posti a contatto fra di loro. Supporre che le dispersioni termiche nel sistema Z, composto dai tre blocchi, verso l’ambiente siano trascurabili. 1- Determinare la temperatura del sistema Z nello stato finale (pt 2) 2- Dire se il processo è: (pt 1) Scegli una o più alternative a-Impossibile b-Possibile e reversibile c-Possibile e irreversibile d-Indeterminabile sotto questo aspetto 3-Inserire il valore numerico che giustifica la precedente r isposta (pt 2) 4-Determinare la disponibilità adiabatica del sistema Z nello stato iniziale (pt 4) ESERCIZIO 2 Un vecchio modello di asciugatrice impiega solo resistenze elettriche (potenza assorbita 3kW) per riscaldare l’aria da 20°C a 75°C. Viene propo sta la sostituzione dell’asciugatrice con un’altra di nuova più efficiente che può scambiare calore con l’ambiente (T amb =20°C) e con un assorbimento elettrico limitato a soli 600W pur trattando la stessa portata d’aria con le stesse temperature in ingresso e in uscita della vecchia asciugatrice. Supporre che in entrambi i modelli si possano trascurare le dispersioni termiche. (Aria gas perfetto; cadute di pressione dell’aria trascurabili; funzionamento a regime) 5- Determinare la portata in massa di aria tr attata delle asciugatrici (pt 2) 6- Dire se l’asciugatrice di nuova concezione può davvero funzionare (pt 1) Scegli una o più alternative a- funziona ed è irreversibile b- è indeterminabile sotto questo aspetto c- funziona ed è reversibile d- non può funzio nare 7- Inserire valore numerico che giustifica la precedente risposta (3 pt) 8- Determinare se vi siano addirittura ancora margini di miglioramento quantificando il lavoro assorbimento elettrico richiesto (3 pt) ESERCIZIO 3 Un dispositivo elettronico, di forma simile a una CPU (base quadrata di lato L=40mm, spessore H=2mm), durante il suo funzionamento tende a riscaldarsi e pertanto su una faccia scorre, parallela a essa, una corrente d’aria a temperatura ambiente T a=20°C (coefficiente di scambio termi co h=40W/ m2 *K). Ma la capacità di raffreddamento della corrente non è sufficiente a mantenere la temperatura del dispositivo entro i limiti di progetto, e quindi il suo funzionamento è caratterizzato a mantenere la temperatura del dispositivo entro i limiti di progetto, e quindi il suo funzionamento è caratterizzato da una secessione di cicli, ognuno dei quali è composto da una fase di accensione (ON), che termina quando la temperatura del dispositivo raggiunge il valore massimo consentito T max =75°C, seguita da una di spegnimento (OFF) per consentire il suo raffreddamento. Supporre di trascurare gli scambi termici radiativi. Proprietà termo -fisiche. Dispositivo : densità p=2350kg/m 3, calore specifico c p=700 J/kg*K, conduttività termica k=80W/mK, emissività ε=1 .0 Aria : densità p=1,118 kg/m 3, calore specifico c p=1007 J/kg*K, conduttività termica k=0,0273W/mK, viscosità µ=1,905*10 -5kg/ms Scegliere la correlazione di scambio termico appropriata tra le seguenti: Nu L = 0,664* ������������ ������1/2������������ 1/3 Nu L = (0,037* ������������ ������0,8- 871)* Pr1/3 Nu D= 0,023 *������������ ������0,8������������ 0,33 1000 ≤ ������������ ������ ≤ 21000 9- Determinare la durata della fase OFF in modo tale che, al suo termine, la temperatura dispositivo sia di 21°C (pt 3) 10 - Determinare la velocità della corrente d’aria (pt 3) 11 -Determin are l’errore percentuale che si commette nel trascurare lo scambio termico radiativo all’inizio della fase di raffreddamento (pareti ambiente alla stessa temperatura dell’aria) (pt 0,50) 12 - Specificare la potenza termica radiativa usata (pt 2,50)