Chemical Engineering - Macchine e Sistemi Energetici

Full exam

Cognome e Nome............................................................................................ Matricola........................................ ............................................................................................................................. .................................................................................. Riportate qui sotto le vostre risposte e ritagl iate 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”, 7 Settembre 2018 – Parte A 1) In una espansione isoterma di un gas perfetto (trascur ando energia cinetica e potenziale gravitazionale) : a) La temperatura aumenta b) La densità aumenta c) La potenza termica entrante è uguale alla potenza meccanica uscente d) Non è possibile che venga scambiato calore 2) Il rendimento isoentropico di una turbina termica (0=sezione ingresso, 2 =sezione scarico) è : a) ������= ℎ0− ℎ2 ℎ0− ℎ2,������������ b) ������= ℎ0− ℎ2,������������ ℎ0− ℎ2 c) ������= ℎ2− ℎ2,������������ ℎ0− ℎ2,������������ d) ������= ℎ2,������������− ℎ2 ℎ0− ℎ2 3) In un ciclo inverso a compressione di vapore , il lavoro meccanico specifico fatto dalla valvola di laminazione : a) Incrementa l’energia specifica del fluido di lavoro b) Riduce l’energia specifica del fluido di lavoro c) Può sia incrementare che ridurre l’energia specifica del fluido di lavoro d) E’ sempre nullo 4) La pompa centrifuga di un impianto di pompaggio opera con curva caratteristica in figura. La portata circolante nell’ impianto aumenta se : a) Si riducono le perdite di carico del circuito (� pompa inalterata ) b) Si aumentano le perdite di carico del circuito ( � pompa inalterata ) c) Si riduce � pompa (circuito inalterato) d) Nessuna delle precedenti risposte 5) Una turbina idraulica opera tra due bacini con differenza di quota tra i peli liberi pari a 70 m. Un valore p laus ibile per il salto motore della turbina � : a) 140 m b) 65 m c) 75 m d) 0.5 m 6) Per il turbogas in figura, quale delle seguenti affermazioni � vera (si assumano rendimenti meccanici unitari) : a) ������3 ������4= ������4 ������5 b) �̇������������������,������(������2− ������1)= �̇������������������,������(������3− ������4) c) ������3 ������4= ������2 ������1 d) �̇������������������,������(������2− ������1)= �̇������������������,������(������3− ������4)+ �̇������������������,������(������4− ������5) Cognome e Nome............................................................................................ Matricola........................................ ............................................................................................................................. .................................................................................. Riportate qui sotto le vostre risposte e ritagl iate questa parte che potrete utilizzare per l’autocorrezione 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7) La temperatura massima in u n ciclo Rankine a vapor d’acqua è: a) Significativamente inferiore alla temperatura massima di un turbogas b) Significativamente superiore alla temperatura massima di un turbogas c) Molto simile alla temperatura massima di un turbogas d) Pu� essere sia superiore che inferiore alla temperatura massima di un turbogas 8) Due pompe centrifughe sono collocate in un circuito dove operano in serie , pertanto : a) Elaborano sempre la stessa portata b) Elaborano la stessa portata soltanto se sono identiche e operano alla stessa velocit� di rotazione c) Hanno sempre la stessa prevalenza d) Operano sempre con lo stesso rendimento 9) Un condotto convergente (1 =sezione ingresso, 2 =sezione uscita) adiabatico e orizzontale � attravers ato da olio, pertanto : a) ℎ2> ℎ1 ( ℎ = entalpia ) b) ������������,2> ������������,1 ( ������������ = pressione totale ) c) ������2< ������1 ( ������ = pressione ) d) ℎ������,2< ℎ������,1 ( ℎ������ = entalpia totale ) 10 ) Il lavoro euleriano rappresenta: a) Il lavoro meccanico reale scambiato in una turbomacchina b) Il lavoro meccanico reale scambiato in una qualunque macchina (volumetrica o turbomacchina) c) Il lavoro meccanico ideale scambiato in una turbomacchina d) Il lavoro meccanico ideale scambiato in una qualunque macchina (volumetrica o turbomacchina) Cognome e Nome............................................. ............................................... Matricola........................................ Corso di Laurea in Ingegneria Chimica , esame di “M acchine e Sistemi Energetici”, 7 Settembre 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 �, adiabatica e reale ; - uno scambiatore di calore �, con attrito , che scambia con l’esterno potenza termica �̇; - due tubi in parallelo � , � adiabatici e diversi tra di loro per coefficienti di perdita (�������≠ �������) e diametro ( ��≠ ��). Ciascun tubo ha diametro costante (ovvero ��= �������� , ��= �������� ); - un bacino di scarico � adiabatico e con pelo libero atmosferico. Altri dati operativi sono i seguenti: - condizioni in aspirazione alla pompa �: ��= �.� ��� , ��= �� °�; - condizioni al pelo libero del bacino �: ��= � ��� , ��= �� .�� °�; - sezione dei tubi in ingresso e uscita d alla pompa con uguale diametro ��= ��= �.�� � e uguale quota �������= �������; - differenza di quota tra i punti 1 e 4 pari a �������− �������= �� � ; - perdite complessive lato tubo � (dal punto 3 al punto 4 ) pari a �� ����� ��������� ; - perdite complessive lato tubo � (dal punto 3 al punto 4 ) pari a �� ����� ��������� ; - perdite complessive nello scambiatore di calore � (dal punto 2 al punto 3) pari a �������= �� �/������� ; - temperatura dell’acqua allo scarico della pompa ��= �� .�� °�; - rendimento idraulico della pompa � pari a �������= 0.77 ; - potenza meccanica scambiata tra pompa e acqua �̇= �.� ������� (entrante nel fluido ). Si richiede di determinare : a. la pressione �� dell’acqua in uscita dalla pompa e la portata �̇ (oppure �̇) di acqua in essa circolante. b. La velocità dell’acqua nei tubi A e B, �� ,��. c. La potenza termica �̇ scambiata nello scambiatore �, specificando se assorbita o ceduta dall’acqua . Ese rcizio 2 (8 punti) Uno stadio di turbina assiale adiabatico e ideale (senza attrito) espande una portata �̇ = �� ������� /� di aria (�= �.�; � = ��� �/(�������� )) a partire da condizioni totali ��� = �� ��� ,��� = ��� � fino a una pressione statica im posta allo scarico del rotore pari a ��= �.� ��� . La geometria dello stadio è definita dai due angoli ��= �� ° e ��= −�� ° (entrambi misurati rispetto alla direzione meridiana) , dal diametro medio � = �.�� � e dall'altezza di pala allo scarico del rotore ��= �.�� � . Il rendimento total -static dello stadio è �������� = �.�. E’ inoltre noto che: - la velocità meridiana (assiale) NON è costante nello stadio ; - l’angolo assoluto della corrente allo scarico d el rotore è negativo, ��< � ° (dalla direzione meridiana) . Si richiede di : a. rappresenta re le trasformazioni dello stadio su un opp ortuno diagramma termodinamico; b. calcolare la potenza �̇� fornita dallo stadio ; c. calcol are (e disegnare) i triangoli di velocità : in uscita e, successivamente , in ingresso al rotore; d. calcolare l'altezza di pala �� allo scarico dello statore . Cognome e Nome............................................. ............................................... Matricola........................................ Esercizio 3 (10 punti) Una portata di �� ������� /� di olio diatermico ( ������= ��� ������� �� ,��= ���� � �������� ) viene raffreddata dalla temperatura di −�� °� alla temperatura di −�� °� tramite un ciclo frigorifero a compressione di vapore, che impiega come fluido di lavoro ammoniaca ( ������������ 3 – ������717 ), il cui diagramma di stato sul piano pressione - entalpia spec ifica ( ������− ℎ) è fornito in allegato. Il condensatore del ciclo frigorifero scarica po tenza termica in un ambiente dove si trova aria alla temperatura ambiente ���� = �� °�. E’ inoltre noto che: - il vapore è aspirato al compressore i n condizioni di sa turazione ; - il liquido in ingresso alla valvola di laminazione si trova in condizioni di saturazione; - la differenza di tem peratura minima tra i due rami fluidi all’evaporatore è |∆���� ,��� |= �� °� (in modulo ); - la differenza di temperatura minima tra i due rami fluidi al condensatore è di |∆���� ,���� |= � °� (in modulo ); - la potenza termica scaricata al condensatore è pari a |�̇���� |= ���� ������� (in modulo) ; - in entrambi i rami fluidi di condensatore ed evaporatore si possono tra scurare le perdite di carico ; - condensatore ed evaporatore presentano perdite termiche trascurabili ; - il rendimento della trasmissione meccanica al compressore è pari a �������,�= �.�� . Si richiede di: a) disegnare uno schema di impianto e rappresentare il ciclo termodinamico su un piano temperatura -entropia specifica ( ������− ������); b) determinare l’entalpia specifica in ingresso al compressore e l’entalpia specifica in ingres so alla valvola di laminazione; c) calcolare la portata massica di ammoniaca �̇ circolante nell’impianto; d) determinare il rendimento isoentropico del compressore ��������,� e l’ energy efficiency ratio ��� dell’impianto , commentando i valori ottenuti . Domanda 1 (3 punti) Relativamente agli impianti che realizzano i cili Rankine a vapor d’acqua : a. si presentino le principali strategie adottate per incrementare il rendimento, motivando sinteticamente il loro effetto ; b. si indichino quali siano i limiti delle suddette strategie.