Computer Engineering - Fisica Tecnica

Full exam

Facoltà di Ingegneria di Milano-Leonardo Fisica tecnica a.a. 2017-2018, docente A.Salioni 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 (Tutte le trasformazioni devono essere disegnate in un opportuno piano termodinamico ed i risultati devono essere espressi in unità del Sistema Internazionale). Problema 1 (10 punti). Un sistema è composto da un cilindro-stantuffo (A) contenente CO 2 (gas poliatomico lineare di massa molare 44 kg/kmol) che all’istante iniziale si trova a pressione imposta dall’esterno P A,i = 3 bar, volume V A,i = 1 dm3 e temperatura T A,i = 20°C. Il cilindro-stantuffo è collegato attraverso una valvola (inizialmente chiusa) a una bombola (B), contenente CO 2 a pressione P B,i = 5 bar, volume V B,i = 10 dm3 e temperatura T B,i = 20°C. Ad un certo istante, la valvola viene aperta e il gas fluisce dalla bombola al cilindro-stantuffo fino a raggiungere una nuova condizione di equilibrio. Supponendo di considerare trascurabili gli scambi termici con l’ambiente, si richiede di determinare: a.La massa di CO 2 contenuta nel sistema complessivo C = A+B. b.La temperatura raggiunta dal sistema complessivo. c.Il volume finale del sistema complessivo. d.L’eventuale lavoro scambiato con l’ambiente, e se questo è assorbito o prodotto dal sistema. e.Determinare quantitativamente se la trasformazione sia possibile, impossibile o indeterminabile. Esercizio 2. (10 punti) Uno scambiatore di calore è schematizzabile come un sistema aperto composto da due condotti le cui superfici sono poste a contatto reciprocamente. In condotto fluisce una portata di refrigerante R134a di 0.2 kg/s che entra alle condizioni di pressione P R,in = 14 bar e temperatura T R,in = 80°C, ed esce in condizioni di liquido saturo alla medesima pressione. Nell’altro condotto fluisce una portata di 1 kg/s di acqua refrigerante alla temperatura di ingresso T A,in = 15°C. Si richiede di: a.Impostare i bilanci di massa, energia ed entropia per il sistema complessivo, esplicitando tutte le ipotesi semplificative necessarie. b.Determinare la temperatura di uscita dell’acqua refrigerante T A,out. c.Determinare l’entropia prodotta per irreversibilità dallo scambiatore. d.Rappresentare in modo qualitativo la trasformazione sul diagramma T-s (temperatura- entropia specifica), supponendo che lo scambiatore operi in contro-corrente (i flussi nei condotti fluiscono in direzioni opposte). Facoltà di Ingegneria di Milano-Leonardo Fisica tecnica a.a. 2017-2018, docente A.Salioni Esercizio 3. (10 punti) Per misurare la velocità di una corrente d’aria viene impiegata una “sonda a filo caldo”. Il sistema è schematizzabile come un cilindro di lunghezza indefinita disposto perpendicolarmente al flusso d’aria. Il cilindro, realizzato in rame e di diametro pari a 0.5 mm, è riscaldato elettricamente da una potenza per unità di lunghezza pari a 50 W/m, e la sua temperatura superficiale è di T F = 150°C. La temperatura dell’aria è pari a T A = 15°C. Si richiede di: a.Scrivere l’equazione di bilancio energetico e ricavare il coefficiente di scambio termico convettivo tra l’aria e la superficie del cilindro. b.Determinare l’espressione analitica che esprime la distribuzione di temperatura nella sezione del cilindro in funzione del suo raggio. c.Determinare dove la temperatura del cilindro è massima e il suo valore numerico. d.Determinare la velocità dell’aria, considerando un meccanismo di convezione forzata per la quale valga la seguente correlazione: Proprietà termofisiche aria: -Conduttività termicak A = 0.026 W/mK -Calore specifico c p,A = 1007.4 J/kgK -Densità ρ A = 1.2 kg/m3 -ViscositൠA = 19.05*10-6 kg/ms Proprietà termofisiche rame: -Conduttività termicak Cu = 390 W/mK