Computer Engineering - Fisica Tecnica

Full exam

Facoltà di Ingegneria di Milano-Leonardo Fisica Tecnica a.a. 2017-18, docente A. Salioni 16 luglio 2018 – a.a. 2017-2018 Cognome e nome ________________________________________Matr.____________ Indicazioni per lo svolgimento della prova: -Il tempo a disposizione è di 2 ore. È possibile ritirarsi in qualsiasi momento ad esclusione degli ultimi 10 minuti della prova; -Al termine della prova, o in caso di ritiro, l’allievo è tenuto a consegnare il testo dell’esame e i fogli con la soluzione degli esercizi. Qualora fosse presente solo il risultato numerico sul presente foglio e non lo svolgimento dell’esercizio, questo sarà ritenuto non svolto; -Durante la prova possono essere consultati appunti e testi (l’utilizzo di tablet o computer non è consentito); -Tutte le trasformazioni oggetto degli esercizi devono essere disegnate e devono esserlo in un opportuno piano termodinamico, i risultati devono essere espressi in unità del Sistema Internazionale. -Lo svolgimento dei problemi dovrà essere riportato su fogli allegati e la soluzione dovrà essere riportata sul foglio con il testo. Il punteggio viene assegnato in parti uguali allo svolgimento formale e numerico degli esercizi. Verrà considerato anche l’ordine nella stesura dell’elaborato. Pertanto, LO SVOLGIMENTO DEGLI ESERCIZI DEVE ESSERE CHIARO E ORDINATO E I PASSAGGI DEVONO ESSERE CIRCOSTANZIATI. Problema 1 (10 punti). Un impianto frigorifero a compressione di vapore utilizza R134a come fluido di lavoro e assorbe una potenza di 50 kW all’evaporatore. Nell’ipotesi che il rendimento isoentropico di compressione sia η c = 0,8, che la temperatura del fluido nell’evaporatore sia di -40 °C, che la pressione del condensatore sia di 10 bar, si chiede di: a.Rappresentare il ciclo termodinamico in un opportuno piano termodinamico, e lo schema di impianto della macchina frigorifera. b.Determinare temperatura, pressione ed entalpia all’ingresso e uscita di ogni componente della macchina e riassumere i risultati in una tabella ____________________________ c.Determinare la portata in massa di R134a che fluisce nell’impianto ________________ d.Determinare la potenza meccanica assorbita dal compressore _____________________ e.Determinare l’efficienza frigorifera della macchina _____________________________ f.Considerando che il serbatoio termico inferiore ha una temperatura T F = -18 °C e quello superiore una temperatura T C = 30 °C, si determini l’entropia prodotta per irreversibilità dalla macchina frigorifera e il rendimento di secondo principio della macchina ___________ Per la soluzione del problema si utilizzino le tabelle delle proprietà termodinamiche del fluido R134a. Esercizio 2. (10 punti) Un serbatoio di 100 dm3 di volume contiene azoto (N 2, massa molare 28 kg/kmol) alla pressione P 1 = 50 bar e alla temperatura T 1 = 20 °C. Il serbatoio viene esposto accidentalmente a una fonte di calore per cui, dopo un certo tempo, si porta alla temperatura T 2 = 130 °C. Determinare: a.La massa di gas contenuta nel serbatoio _________________________________________ b.La pressione del gas nel nuovo stato di equilibrio__________________________________ c.Il calore scambiato dal gas____________________________________________________ d.Il lavoro scambiato dal gas____________________________________________________ e.Se il processo subito dal gas è reversibile, irreversibile, impossibile o indeterminabile sotto questo aspetto______________________________________________________________ f.Valutare il lavoro meccanico che sarebbe possibile ottenere dal sistema qualora questo incorresse in un processo reversibile che riporti il sistema dalle condizioni 2 alle condizioni Facoltà di Ingegneria di Milano-Leonardo Fisica Tecnica a.a. 2017-18, docente A. Salioni 16 luglio 2018 – a.a. 2017-2018 1, nell’ipotesi che durante la trasformazione il sistema possa scambiare calore solo con l’ambiente a T = T1 _________________________________________________________ Esercizio 3. (10 punti) Un fluido dalle caratteristiche termofisiche considerabili costanti al variare della temperatura e caratterizzate dai seguenti valori: ρ = 1000 kg/m3 μ = 0,002 kg/m/s k = 0,48 W/m/K c p = 4000 J/kg/K viene riscaldato durante un particolare processo industriale da una temperatura iniziale T i = 20 °C a una temperatura finale T f = 75 °C Il fluido scorre con una velocità media pari a 0,8 m/s attraverso una tubazione cilindrica di diametro D = 25 mm e lunghezza L = 12 m, sulle pareti della quale è applicato un flusso termico costante e uniforme. Si valutino: a.La portata in massa fluente nel condotto _______________________________ b.La potenza elettrica da fornire al sistema _______________________________ c.il flusso termico areico trasmesso dalle pareti del condotto______________________________________ d.Il coefficiente di scambio termico convettivo ________________________________ e.la temperatura di parete interna nella sezione di uscita del condotto_______________