Computer Engineering - Fisica Tecnica

First partial exam

Facoltà di Ingegneria di Milano-Leonardo Fisica tecnica a.a. 2013-2014, docente A. Salioni 10 maggio 2014 Prima prova in itinere Cognome e nome ________________________________________Matr.____________ Note: Il tempo a disposizione dell’allievo per la verifica è di 2 ore. Durante la prova possono essere consultati appunti e testi. Lo svolgimento dei problemi dovrà essere riportato su fogli allegati e la soluzione dovrà essere riportata sul foglio con il testo. LO SVOLGIMENTO DEGLI ESERCIZI DEVE ESSERE CHIARO E ORDINATO E I PASSAGGI DEVONO ESSERE CIRCOSTANZIATI L’allievo, al termine della prova o in caso di ritiro, è tenuto a consegnare il testo dell’esame e i fogli con la soluzione degli esercizi. Qualora fosse presente solo la soluzione sul foglio di testo e non lo svolgimento dell’esercizio questo sarà ritenuto non svolto. NB (Le trasformazioni devono essere disegnate in un opportuno piano termodinamico ed i risultati devono essere espressi in unità del Sistema Internazionale). Esercizio 1. (20 punti) Newcomen nel 1720 realizzò una macchina termodinamica in grado di fornire lavoro partendo dalla somministrazione di calore introducendo vapor acqueo saturo alla pressione atmosferica in un sistema cilindro - pistone. Il successivo raffreddamento isocoro, provocando una diminuzione della pressione interna, consentiva al pistone di muoversi spinto dalla pressione atmosferica producendo così lavoro. Il ciclo termodinamico può essere schematizzato mediante la successione di tre trasformazioni: a) raffreddamento isocoro (partendo dalla condizione di vapor saturo alla pressione atmosferica fino a raggiungere la temperatura di 70°C); b) compressione isentropica fino a pressione atmosferica; c) riscaldamento isobaro fino alle condizioni iniziali Si richiede di valutare, in riferimento all'unità di massa, il lavoro utile "netto" che la macchina era in grado di fornire, l'ammontare del calore somministrato al sistema e il rendimento. 1 lavoro specifico utile "netto" l = _________________________ 2 calore somministrato riferito all'unità di massa q in = ___________________ 3 Rendimento η = _________________ Esercizio 2. (12 punti) La turbina di un ciclo Joule Brayton elabora una portata d'aria le cui condizioni all'ingresso sono pari a: T 1=950°C, p 1=9.8bar e le cui condizioni all'uscita sono pari a: T 2=520 °C, p 2=1.1bar Il gas sia considerabile perfetto. Si determinino: 1) il rapporto fra le sezioni di passaggio all'ingresso e all'uscita della turbina affinché la velocità del gas sia uguale nelle due sezioni; A in /A out =_________________________ 2) la portata di gas affinché la potenza erogata sia pari a 12 MW; m' = ___________________ 3) il rendimento isoentropico della turbina; η is esp = _________________ Si ipotizzino il processo stazionario, il sistema adiabatico e le variazioni di energia cinetica e potenziale trascurabili. Facoltà di Ingegneria di Milano-Leonardo Fisica tecnica a.a. 2013-2014, docente A. Salioni 10 maggio 2014 Prima prova in itinere Cognome e nome ________________________________________Matr.____________ Note: Il tempo a disposizione dell’allievo per la verifica è di 2 ore. Durante la prova possono essere consultati appunti e testi. Lo svolgimento dei problemi dovrà essere riportato su fogli allegati e la soluzione dovrà essere riportata sul foglio con il testo. LO SVOLGIMENTO DEGLI ESERCIZI DEVE ESSERE CHIARO E ORDINATO E I PASSAGGI DEVONO ESSERE CIRCOSTANZIATI L’allievo, al termine della prova o in caso di ritiro, è tenuto a consegnare il testo dell’esame e i fogli con la soluzione degli esercizi. Qualora fosse presente solo la soluzione sul foglio di testo e non lo svolgimento dell’esercizio questo sarà ritenuto non svolto. NB (Le trasformazioni devono essere disegnate in un opportuno piano termodinamico ed i risultati devono essere espressi in unità del Sistema Internazionale). Esercizio 1. (12 punti) La turbina di un ciclo Joule Brayton elabora una portata d'aria le cui condizioni all'ingresso sono pari a: T 1=950°C, p 1=9.8bar e le cui condizioni all'uscita sono pari a: T 2=500°C, p 2=1.1bar Il gas sia considerabile perfetto. Si determinino: 1) il rapporto fra le sezioni di passaggio all'ingresso e all'uscita della turbina affinché la velocità del gas sia uguale nelle due sezioni; A in /A out =_________________________ 2) la portata di gas affinché la potenza erogata sia pari a 24 MW; m' = ___________________ 3) il rendimento isoentropico della turbina; η is esp = _________________ Si ipotizzino il processo stazionario, il sistema adiabatico e le variazioni di energia cinetica e potenziale trascurabili. Esercizio 2. (20 punti) Nel 1720 Newcomen realizzò una macchina termodinamica in grado di fornire lavoro partendo dalla somministrazione di calore introducendo vapor acqueo saturo alla pressione atmosferica in un sistema cilindro - pistone. Il successivo raffreddamento isocoro, provocando una diminuzione della pressione interna, consentiva al pistone di muoversi spinto dalla pressione atmosferica producendo così lavoro. Il ciclo termodinamico può essere schematizzato mediante la successione di tre trasformazioni: a) raffreddamento isocoro (partendo dalla condizione di vapor saturo alla pressione atmosferica fino a raggiungere la temperatura di 65°C); b) compressione isentropica fino a pressione atmosferica; c) riscaldamento isobaro fino alle condizioni iniziali Si richiede di valutare, in riferimento all'unità di massa, il lavoro utile "netto" che la macchina era in grado di fornire, l'ammontare del calore somministrato al sistema e il rendimento. 1 lavoro specifico utile "netto" l = _________________________ 2 calore somministrato riferito all'unità di massa q in = ___________________ 3 Rendimento η = _________________