Chemical Engineering - Macchine e Sistemi Energetici

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Cognome e Nome............................................................................................ Matricola........................................ ............................................................................................................................. ............................................................................... ... Riportate qui sotto le vostre risposte e ritagliate questa parte che potrete utilizzare per l’autocorrezione 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Corso d i Laurea in Ingegneria Chimica , esame di “Macchine e Sistemi Energetici”, 25 Luglio 2018 – Parte A 1) Durante la comp ressione isoentropica di un gas perfetto : a) La temperatura aumenta e la densità diminuisce b) La temperatura aumenta e la densità aumenta c) La temperatura diminuisce e la densità aumenta d) La temperatura diminuisce e la densità diminuisce 2) Il rendimento del ciclo combinato in figura (������̇������������ ,������̇������������ potenze elettriche nette rese disponibili da turbogas e ciclo a vapore, ������̇������ potenza termica messa a disposizione dal combustibile ) è: a) ������= ������̇������������ ������̇������������ + ������̇������ b) ������= ������̇������������ − ������̇������������ ������̇������ c) ������= ������̇������������ + ������̇������������ ������̇������ d) ������= ������̇������ ������̇������������ + ������̇������������ 3) Due pompe geometricamente simili, operano in regime completamente turbolento ma elaborano liquidi diversi. Affinché operino in similitudine le due pompe : a) Devono avere uguali coefficienti di portata e prevalenza e i fluidi la stessa densità b) Devono avere uguali coefficienti di portata e prevalenza e i fluidi la stessa viscosità c) E’ sufficiente abbiano uguali coefficienti di portata e prevalenza d) Non possono mai operare in similitudine 4) In un impianto idroelettrico il diffusore allo scarico della turbina idraulica ha la funzione di : a) Aumentare il rendimento dell’impianto b) Impedire la cavitazione c) Aumentare l’energia cinetica della corrente inviata al bacino di scarico d) Ridurre la velocit� di rotazione della turbina 5) In una pompa centrifuga con pale all’indietro, la componente tangenziale ������������������ della velocità assoluta allo scarico della girante : a) Deve essere negativa b) Deve essere positiva c) Può essere sia positiva che negativa d) E’ di regola nulla 6) In un sistema frigorifero a compressione di vapore la temperatura dell’ambiente refrigerato : a) pu� essere uguale , maggiore o minore di quella del fluido refrigerante all’evaporatore b) � sempre uguale di quella del fluido refrigerante all’evaporatore c) � minore di quella del fluido refrigerante all’evaporatore d) � maggiore di quella del fluido refrigerante all’evaporatore Cognome e Nome............................................................................................ Matricola........................................ ............................................................................................................................. ............................................................................... ... Riportate qui sotto le vostre risposte e ritagliate questa parte che potrete utilizzare per l’autocorrezione 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7) Tra quelli elencati , il parametro di minor influenza sul rendimento di un ciclo Rankine a vapor d’acqua �: a) Il rendimento della turbina b) La pressione di evaporazione c) Il numero di rigeneratori d) Il rendimento della pompa 8) Un valore ragionevole per il numero di Mach allo scaric o di un ventilatore �: a) 0.1 b) 1.5 c) 0.9 d) 6 9) Attraverso un diffusore adiabatico e orizzontale che opera con acqua : a) La pressione totale aumenta b) La pressione statica aumenta c) La velocit� aumenta d) L’entalpia totale aumenta 10 ) Quale delle seguenti figure rappresenta correttamente la palettatura di un ro tore di turbina termica assiale? t m U U U U a) b) c) d) Cognome e Nome............................................................................................ Matricola........................................ Corso di Laurea in Ingegneria Chimica , esame di “M acchine e Sistemi Energetici”, 25 Luglio 2018 Esercizio 1 (9 punti) L’impianto in figura opera in condizioni stazionarie e in esso circola acqua (������= ���� �� �� ,��= ���� � ��� ). Esso è costituito da : - una pompa centrifuga P, adiabatica e avente rendimento idraulico �������= 0.70 ; - uno scambiatore di calore S, con perdite complessive per attrito pari a �������= ��� � �� , tramite il quale viene fornita all’acqua una potenza termica �̇= ��� �� ; - una valvola V con perdite complessive per attrito pari a �������= ��� � �� . L’acqua viene aspirata dalla pompa alle condizioni ��= � �������� e ��= �� °� e scaricata dalla valvola alle condizioni ��= � �������� e ��= �� °�. Il sistema è disposto su un piano orizzontale e tutti i tratti di tubazione che connettono i componenti descritti (P, S, V) sono adiabatici , senza attrito e di uguale diam etro . Si richiede di : a. Determinare p ressione e temperatura dell’acqua in uscita dalla pompa (punto 2) . b. Calcolare l a potenza assorbita dalla pompa . c. Fissate le condizioni dei punti 1 e 4 ai valori sopra indicati , determinare l a curva caratteristica di prevalenza dell’impianto (specifica ndo le unità di misura) motivando il metodo usato per il calcolo. Ese rcizio 2 (9 punti) L’impianto idraulico in figura viene impiegato per il trasferimento di acqua dal bacino 0 al bacino 4, entrambi atmosf erici e pos ti alla stessa quota , che coincide con la quota di tutte le tubazioni e della pompa che completano il sistema. Le caratteristiche del sistema sono: - diametro del condotto di aspirazione ��= �.� ������; diametro del singolo condotto di mandata ��,������= �.� ������; - perdite complessive del condotto di aspirazione pari a 15 quote cinetiche ; - perdite complessive del singolo condotto di mandata pari a 35 quote cinetiche ; La pompa installata è di tipo centrifugo e presenta : - diametro allo scarico della gi rante ��= �.�� ������ ; - altezza di pala allo scarico della girante ��= �� ������������ ; - angolo della palettatura allo scarico della girante (rispetto alla direzione meridiana) = -60° ; Il punto di funzionamento (stazionario) che si stabilisce per il sistema è tale per cui: - la pressione alla flangia di scarico della pompa è ��= � �������� ; - il rendimento della pompa è �������= �.�� Cognome e Nome............................................................................................ Matricola........................................ Si richiede di: a. determinare la potenza assorbita dalla pompa; b. determinare la velocità di rotazione della pompa; c. determinare e disegnare il triangolo di velocità allo scarico della girante (angoli inclusi) ; d. calcolare la potenza assorbita dalla pompa nel caso in cui venga dimezzata la sua velocità di rotazione , motivando la procedura di calcolo usata . Esercizio 3 (9 punti) L’impianto turbogas in ciclo aperto rappresentato in figura è destinato alla produzione di energia elettrica. Esso è organizzato su due alberi , con la turbina di alta pressione ( HPT ) che trascina sia il compressore C del turbogas , sia il compressore ausiliario FC destinato alla compr essione del combusti bile. I pa rametri operativi del ciclo e prestazionali dei componenti di impianto sono: - Pressione e temperatura ambiente : ���� = � �������� , ���� = �� °������ - Pressione e temperatura di aspira zione combustibile : ��= � �������� , ��= �� °������ - Rapporto di compressione del ciclo turbogas : � = �� - Temperatura massima del ciclo turbogas : ��������� = ���� °������ - Perdite di carico trascurabili al combustore (BUR ) e alla linea di adduzione del combustibile - Rendimenti isoentropici macchine: �������= �.�� , ��������� = ��������� = �.�� ,�������� = �.�� - Rendimento termico del combustore ��������� = �.�� - Rendimento del generatore elettrico �������� = �.�� - Dissi pazioni nelle trasmissioni meccaniche trascurabili - Proprietà c ombustibile (gas naturale , gas perfetto) : ��= �.�� ,��� = ���� �/(������������� ) , ��� = �� �� /�� riferito a �������������� = �� °������ - Proprietà aria: ��= �.� ,��� = ���� �/(������������� ) - Proprietà gas combusti: ��= �.�� ,��� = ���� �/(������������� ) Noto che la potenza elettrica netta prodotta dall’impianto è pari a �̇�� = �� �� , si richiede di: a) rappresentare il ciclo turbo gas su un piano termodinamico temperatura -entropia specifica (T -s); b) determinare il rapporto massico aria/ combustibile al combustore; c) calcolare la portata massica di aria aspirata al compressore C; d) calcolare il rendimento di impianto , dando un comment o motivato del valore ottenuto. Domanda 1 (3 punti) Si rappresenti su un opportuno diagramma adimensionale l’andamento delle curve caratteristiche di un turbocompressore di gas. Inoltre, m otivando sinteticamente le risposte: a. si specifichi quali grandezze vengono impiegate per gli assi del diagramma e quale per la parametrizzazione delle curve; b. si discuta quali fenomeni limitano il campo operativo ; c. si dica se è atteso un campo operativo più esteso per macchine centrifughe o pe r macchine assiali.