Mechanical Engineering - Macchine e Sistemi Energetici

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Cognome e Nome Matricola Esame di “Macchine e Sistemi Energetici” Ingegneria Meccanica (7 CFU) e Nucleare (5 CFU) AA 2019 -20 | 23 -06 -2020 Allegati A1) Diagramma di Baljé per i compressori Cognome e Nome Matricola Esame di “Macchine e Sistemi Energetici” Ingegneria Meccanica (7 CFU) e Nuclea re (5 CFU) AA 201 9-20 | 23 -6-20 20 Part e B Esercizio 1 (8 punti) La figura sottostante mostra un impianto di irrigazione per applicazioni agricole. Una pompa a due stadi (2 pompe in serie) alimenta una tubazione in gomma, parzialmente avvolta su un rocchetto. La tubazione è collegata ad un irrigatore che scarica acqua i n atmosfera ad elevata velocità . I dati di funzionamento dell’impianto sono: - Portata: ������ = 1250 �/�������� - Diametro tubazione (������3): 100 mm - Pressione ������1 = 0.9 �������� - Pressione ������2 = 9 �������� - Pressione ������3 = 6.5 �������� - ������0 = ������4 = 1 �������� - Perdite nulle all’interno dell’irrigatore - Perdite in aspirazione (0 -1) trascurabili - Rendimento organico pompa: �������= 0.9 - Rendimento idraulico pompa: �������= 0.75 - Velocità di rotazione della pompa: � = 1500 ������������������������ /�������� - Diametro della girante della pompa: ������2 = 300 �� - Altezza di pala all’uscita della girante della pompa: �2 = 10 �� - ������3− ������2 trascurabile Si chiede di calcolare: 1) La velocità con cui il getto d’acqua esce dall’irrigatore ed il diametro ������4 (2 pt) 2) La prevalenza richiesta dalla singola pompa (2 pt) 3) Le perdite complessive nell’impianto (1 pt) 4) La potenza meccanica complessivamente richiesta dalla pompa (1 pt) 5) Il triangolo delle velocità all’uscita della pompa (2 pt) 0 1 2 3 4 R Cognome e Nome Matricola Esercizio 2 (8 punti) Si consideri un compressore centrifugo azionato elettricamente adottato per la sovralimentazione di un motore a combustione interna ibrido. Si considerino le seguenti condizioni operative: • Fluido di lavoro: aria (c p = 1004 J/(kg K), c p/cv = 1.4) • Portata elaborata: 0. 06 kg/s • Rapporto di compress ione: 2 .5 • Condizioni di ingresso: aria aspirata dall’ambiente (p 0 = 1 bar, T 0 = 293 K) Si chiede di sviluppare i seguenti punti: 1. Utilizzando il diagramma di Baljé allegato, si scelga la configurazione ottimale nel caso di velocità specifica ωs = 0.6, determinando (2.5 pt) : a. il diametro della girante b. il numero di giri a cui far funzionare la macchina c. potenza assorbita all’albero della macchina 2. Si calcoli la potenza assorbita in una condizione in cui la portata e laborata sia pari a 0. 02 kg/s mantenendo lo stesso rapporto di compressione. ( 2 pt) 3. Si calcoli la potenza assorbita nel caso in cui la compressione al punto 1 venga suddivisa su 2 compressori in serie aventi il medesimo rapporto di compressione e con inter -refrigeratore interposto che riporti la temperatura in ingresso al secondo compressore a T 0 = 293 K. Ipotizzando rendimenti delle macchine invariati rispetto al punto 1, si calcoli il calore asportato dall’inter -refrigeratore. ( 2 pt) 4. Si consideri la trasformazione di compressione che avviene nella macchina, nelle condizioni calcolate al punto 1, consider ando le seguenti sezioni: 1 – ingresso girante, 2 – uscita girante e ingresso diffusore, 3 – uscita diffusore. Si ipotizzino trascurabili le velocità in 1 e 3 e si consideri pressione all’uscita del rotore p 2 = 1.8 bar . Si calcoli il grado di reazione (1.5 pt) . Cognome e Nome Matricola Esame di “Macchine e Sistemi Energetici” Ingegneria Meccanica (7 CFU) e Nuclea re (5 CFU) AA 201 9-20 | 23 -6-2020 Part e C Domanda 1 (5.5 punti) Equazione di conservazione dell’energia per sistemi aperti : 1. Si illustri la formulazione termica dell’equazione di conservazione dell’energia. 2. Si illustri la formulazione meccanica dell’equazione di conservazione dell’energia 3. Si spieghi come le due formulazioni di cui ai punti precedenti tengano conto degli aspetti termici dello scambio energetico e delle dissipazio ni di lavoro meccanico. 4. Si illustri la formulazione dell’equazione dell’energia riferita ad un osservatore solidale con la girante, spiegando il significato dei vari contributi energetici. Domanda 2 (5.5 punti) Stadi di turbina assiali : 1. Disegnare sul diagramma h -s il processo di espansione in uno stadio di turbina ad azione ed in uno a reazione reali. 2. Illustrare come il grado di reazione influenza i triangoli delle velocità 3. A pari velocità periferica, confrontare uno stadio ad azione ed uno a reazione ottimizzati in termini di triangoli delle velocità e lavoro.