Mechanical Engineering - Macchine e Sistemi Energetici

Full exam

Cognome e Nome Matricola Esame di “Macchine e Sistemi Energetici” Ingegneria Meccanica (7 CFU) e Nucleare (5 CFU) AA 201 9-20 | 17 -7-2020 Part e B Esercizio 1 (8 punti) Si consideri l’asciugacapelli rappresentato in figura, che include un piccolo ventilatore a flusso misto trascinato da un motore elettrico. L’aria è prelevata dall’ambiente attraverso un’apertura collocata nella parte posteriore ed è inviata all’ugello anteriore passando attraverso una resistenza elettrica che ne innalza la temperatura. In condizioni di funzionamento nominal i sono noti i seguenti dati di progetto: - Diametro dell’ugello (sezione 2): 4 cm - Portata d’aria aspirata : 50 m 3/h - Perdita di carico complessiva in condizione nominale: Δp Y = 1000 Pa - Velocità specifica del ventilatore: ω s = 1 - Diametro specifico del ventilatore: D s = 3 - Rendimento del ventilatore: η y = 0.9 - Rendimento elettrico e organico d el ventilatore: η el,org = 1 - Condizioni dell’aria aspirata dall’ambiente: p = 1 bar; T = 293 K - Proprietà dell’aria: c p = 1004 J/(kg K); R* = 287.1 J/(kg K) Si chiede di sviluppare i seguenti punti: 1) Si calcoli la prevalenza richiesta al ventilatore e la potenza elettrica assorbita dal motore in condizioni nominali, con resistenza elettrica spenta (2 punti). 2) Si determini diametro e velocità di rotazione del ventilatore in condizioni nominali (2 punti). Cognome e Nome Matricola 3) Nell’ipotesi di far funzionare il ventilatore a metà della velocità di rotazione in condizioni nominali, si calcoli la portata elaborata e la potenza elettrica assorbita nelle nuove condizioni (2 punti). 4) Si consideri il caso in cui venga montato il terminale 2’ (sezione di uscita rettangolare: 75 x8 m m) e in cui venga attivata la resistenza elettrica con un assorbimento pari a 759 W. Si calcoli il lavoro del ventilatore, sapendo che la portata massica rimane invariata rispetto al le condizioni nominali e la temperatura di uscita del flusso è pari a T 2’ = 34 0 K (2 punti). Esercizio 2 (8 punti) Si deve progettare uno stadio intermedio di turbina a vapore sapendo conoscendo i seguenti parametri: - Condizioni di ingresso statore: entalpia ℎ0 = 3050 ������� /������� ; pressione �0 = 8 ��� , temperatura ������0 = 300 °������; velocità �0 ≈ 0 � /� trascurabile - Salto entalpico isoentropico stadio: ℎ0− ℎ2,������������ = 90 ������� /������� - Salto entalpico isoentropico girante: ℎ1− ℎ2,������= 40 ������� /������� - Grado di reazione ideale: ℎ1,������−ℎ2,������������ ℎ0−ℎ2,������������ = 0.5 - Angolo di scarico statore: ������1= 55° - Velocità assiale costante attraverso la girante nel caso ideale - Coefficiente di perdita statore: ������ = �1 �1������= 0.95 - Coefficiente di perdita rotore: ������ = �2 �2������= 0.95 - Rapporto tra velocità periferica e velocità ideale all’ingresso del rotore : � �1������= sin ������1 Si chiede di calcol are: 1) Il triangolo delle velocità all’ ingresso della girante (3 punti) 2) Il triangolo delle velocità all’ uscita della girante (2 punti) 3) Il lavoro prodotto dallo stadio e i l rendimento total -to -total dello stadio (1.5 punti) 4) La pressione all’uscita della girante, assumendo che il vapore si comporti come gas perfetto con massa molare �������2������= 18 ������� /���� e rapporto tra i calori specifici pari a �������2������= 1.3 (1.5 punti) Cognome e Nome Matricola Esame di “Macchine e Sistemi Energetici” Ingegneria Meccanica (7 CFU) e Nucleare (5 CFU) AA 201 9-20 | 17 -7-2020 Part e C Domanda 1 (5.5 punti) Impianti di pompaggio e pompe centrifughe : 1) Descrivere il legame tra prevalenza richiesta e la portata per un impianto di pompaggio illustrando in particolare l’effetto delle perdite concentrate e distribuite. 2) Quali sono due possibili soluzioni per la regolazione della portata in un impianto di pompaggio? 3) Spiegare i vantaggi offerti da: • Pompa con curva caratteristica “piatta” • Pompa con curva caratteristica “ripida” 4) Qual i configurazioni di girante assicurano una tale dipendenza della prevalenza dalla portata? Domanda 2 (5.5 punti) Flusso comprimibile in un condotto semplicemente convergente : 1) Si enuncino le equazioni fondamentali che governano il moto del fluido nell’ipotesi di flusso isoentropico e gas perfetto. 2) Si commenti (senza derivarla) la relazione tra la variazione percentuale di densità e di velocità, soffermandosi sul significato del numero di Mach ed evidenziando le differenze tra flusso incomprimibile e comprimibile. 3) Si descriva l’andamento tipico della portata massica in funzione del rapporto di espansione, al diminuire della pressione a valle. 4) Si descriva l’andamento tipico della portata massica in funzione del rapporto di espansione, all’aumentare de lla pressione a monte.