Quiz con risposte Macchine e sistemi energetici

Equazioni fondamentali per le macchine a fluido

1. Una macchina idraulica:

• A) Funziona solo con acqua
• B) Può funzionare con qualsiasi tipo di fluido ammesso che siano valide certe ipotesi
• C) Scambia lavoro principalmente per variazione di energia interna
• D) Ha un rendimento sempre pari ad 1

2. Un compressore volumetrico è adatto a:

• A) Elevate portate di gas
• B) Fornire al fluido di lavoro un modesto incremento di pressione
• C) Funzionare con elevate velocità di rotazione
• D) Fornire al fluido di lavoro un significativo incremento di pressione

3. Qual è la principale differenza tra un motore a combustione interna ed una turbina a gas?

• A) Il modo in cui esse producono lavoro
• B) La natura del fluido di lavoro
• C) Utilizzano sempre combustibili diversi
• D) Nessuna delle precedenti risposte

4. Cos’hanno in comune una turbina Kaplan e una turbina a vapore?

• A) Sono entrambe macchine termiche
• B) Sono entrambe turbomacchine radiali
• C) Sono entrambe turbomacchine assiali
• D) Sono entrambe turbomacchine idrauliche

5. La figura a destra riporta il rotore di una:

• A) Turbina radiale
• B) Turbina a flusso misto
• C) Compressore radiale
• D) Turbomacchina assiale

6. La figura a destra mostra:

• A) Una macchina assiale a singolo stadio
• B) Una macchina assiale multi-stadio
• C) Una macchina radiale a singolo stadio
• D) Una macchina radiale multi-stadio

La figura a destra mostra lo sviluppo di una turbomacchina secondo:

• A) Il piano secondario
• B) Il piano meridiano
• C) Il piano interpalare
• D) Nessuna delle risposte precedenti

8. Per il canale mostrato nella figura sopra, sapendo che le superfici in ingresso ed uscita sono, rispettivamente, e , la conservazione della massa può essere espressa come: 1 2

• A) = 1 1 2 2
• B) = 1 1 1 2 2 2
• C) = 1 1 1 2 2 2
• D) = 1 1 1 2 2 2

Quale delle seguenti affermazioni è vera per un fluido incomprimibile che scorre dalla sezione 1 alla sezione 2 secondo quanto indicato dalla figura a destra?

• A) < 1 2
• B) > 1 2
• C) = 1 2
• D) Nessuna delle precedenti risposte

10. Quale delle seguenti relazioni correttamente riporta il legame tra entalpia, calore e lavoro d’attrito (si assuma calore positivo se entrante ed definito positivo)?

• A) ℒ = + +
• B) ℒ = + +
• C) ℒ = +
• D) ℒ = − −

11. Quale delle seguenti relazioni correla lavoro d’attrito, calore e variazione d’entropia (si assuma calore positivo se entrante ed definito positivo)?

• A) = − −
• B) + + = 0
• C) = − -
• D) = +

12. Quale delle seguenti espressioni descrive correttamente l’equazione di conservazione dell’energia per una pompa (lavoro e calore positivi se trasferiti dall’ambiente al fluido di lavoro)?

• A) G 22 12 ℒ + + − ℒ − − = + 2 2 1 12 2
• B) 2 12 2 12 + ℒ + + − − ℒ − − = + 2 2 1 1 2 222 12
• C) 2 1 + + − − − = + 2 1 2 222 12
• D) ℒ + + − ℒ − − = − 2 2 1 12 2

13. Secondo la formulazione termica della conservazione dell’energia applicata ad una macchina operatrice:

22 12 ℒ + + − ℒ − − = + 2 2 1 12 2

• A) La variazione di entalpia include esclusivamente le dissipazioni di energia meccanica ℒ − ℒ 2 1 per attrito
• B) Le dissipazioni per attrito fluidodinamico sono implicitamente incluse nel termine ℒ − ℒ 2 1
• C) Il lavoro non può essere dissipato per attrito
• D) La variazione di entalpia include solo gli effetti di scambio termico e attrito fluidodinamico

14. La formulazione meccanica dell’equazione di conservazione dell’energia stabilisce che:

• A) A pari effetto utile, il lavoro d’attrito riduce il lavoro che va trasferito al fluido nel caso di macchina operatrice
• B) È possibile correlare lavoro ceduto al fluido, lavoro d’attrito e variazione di energia meccanica
• C) Dal punto di vista dello scambio energetico, macchine idrauliche e termiche sono molto simili
• D) Lo scambio termico non influenza lo scambio di lavoro in una macchina che opera con un fluido comprimibile

15. Per un fluido incomprimibile in una macchina operatrice, la combinazione delle equazioni di conservazione dell’energia nella formulazione termica e meccanica risultano in:

• A) ( ) = − 2 12 12
• B) − 2 ( ) ℒ − ℒ + + − = + 2 1 2 1 22 2
• C) − 2 1 ( ) − + + − = + 2 1 2 1 2
• D) 2 1 ( ) − = − + − 2 1

16. Per un fluido comprimibile in una macchina operatrice, quale delle seguenti equazioni rappresenta la formulazione meccanica della conservazione dell’energia?

• A) 22 12 2 1 ( ) − = − + − + − 2 1 2 22 12
• B) ( )∫ + = + − + − 2 12 21
• C) 2 22 12 ( )∫ − = + − + − 2 12 21 2 22 12
• D) ( )∫ − = + + − + − 2 12 21

17. L’efficienza di una macchina operatrice che funziona con un fluido incomprimibile può essere espressa come:

• A) = + 22 12
• B) 2 1 ( )− + − + − 2 1 2 2 = −
• C) 22 12 2 1 ( )− + − + − 2 1 2 2 = + G 22 12
• D) 2 1 ( )− + − + − 2 1 2 2 =

18. L’efficienza di una macchina motrice che funziona con un fluido incomprimibile può essere espressa come:

• A) = +
• B) − =
• C) + = 12 22
• D) 1 2 ( )− + − + − 1 2 2 2 =

19. Il lavoro d’attrito rappresenta:

• A) Un effetto utile
• B) Un effetto indesiderato non dipendente da fenomeni fluidodinamici
• C) Un effetto indesiderato legato a fenomeni fluidodinamici e dipendente dalla viscosità del fluido di lavoro
• D) Un effetto indesiderato legato a fenomeni fluidodinamici e indipendente dalla viscosità del fluido di lavoro

20. Quale delle seguenti risposte riporta la corretta variazione delle principali grandezze termodinamiche e fluidodinamiche per una turbina idraulica reale (1: sezione di ingresso, 2: sezione di uscita)

• A) = ; = ; = 1 2 1 2 1 2
• B) > ; < ; < 1 2 1 2 1 2
• C) > ; > ; < 1 2 1 2 1 2
• D) < ; < ; > 1 2 1 2 1 2

21. Fissata la variazione di pressione per un flusso incomprimibile in un convergente, quale delle seguenti espressioni consente di calcolare la velocità in uscita?

• A) 22 12 ( ) − 2 1 = + + 2 2
• B) 22 12 ( ) − 2 1 = + − 2 2
• C) 22 12 ( ) − 2 1 = − − 2 2
• D) 22 12 ( ) − 1 2 = + − 2 2

22. Come variano le proprietà fluidodinamiche e termodinamiche di un flusso che attraversa una valvola di regolazione (1: ingresso, 2 uscita)?

• A) > ; = ; < 1 2 1 2 1 2
• B) < ; = ; = 1 2 1 2 1 2
• C) = ; = ; < 1 2 1 2 1 2
• D) > ; > ; > 1 2 1 2 1 2

23. In quale delle figure sotto l’area arancione riporta correttamente il lavoro d’attrito per una turbina adiabatica reale?

(a) (b) (c) 1 2 1 2 1 2

24. La figura a lato illustra un impianto in cui una pompa trasferisce mediante tubazioni un fluido incomprimibile da un serbatoio a bassa quota ( ) 1 ad uno ad una quota più elevata ( ). Ipotizzando 2 inoltre:

• E trascurabili 1 2
• Differenti pressioni e nei serbatoi 2 1 2
• Perdite per attrito nella pompa ,
• Perdite per attrito nelle tubazioni ,

Quale deve essere l’incremento di energia meccanica (prevalenza) che la pompa deve fornire al fluido perché esso possa scorrere nell’impianto?

• A) − 12 1 ( ) − + + 2 1 , − 2 1
• B) ( ) − + + + 2 1 , , − 2 1
• C) ( ) − + + 2 1 , − 2 1
• D) ( ) − + + − 2 1 , ,

La figura a destra mostra un impianto di produzione di energia idroelettrica mediante una turbina idraulica. L’acqua scorre da un bacino a monte (quota ) ad uno a valle 1 (quota ). Entrambi si trovano a pressione atmosferica. Il 2 fluido viene scaricato in corrispondenza della sezione 2 da un condotto che collega la turbina al bacino di valle.

Sapendo che:

• Portata volumetrica 125
• Perdite nelle tubazioni: ,
• Perdite nella turbina: ,
• Sezione di sbocco del condotto in corrispondenza del bacino di valle: 2 T
• Velocità trascurabile in corrispondenza del punto 1.

Qual è la massima quantità di energia meccanica (salto motore) che la turbina può convertire in lavoro nell’impianto considerato?

• A) ( )− 1 2
• B) ( )− + + 1 2 , ,
• C) ( )− − − 1 2 , , 21
• D) ( )− − − ( ) 1 2 , 2 2 4

4C 4B (A) (B) (C) 4A 1 1 1

La figura in alto mostra il processo di compressione per una macchina adiabatica a 3 stadi. La trasformazione 1-4A è isentropica, la trasformazione 1-4B è caratterizzata da un primo stadio con basse irreversibilità mentre i successivi presentano elevate perdite; la trasformazione 1-4C è caratterizzata da un primo stadio con elevate irreversibilità mentre i successivi presentano basse perdite.

Scrivendo adeguatamente per questo caso:

1. Formulazione termica della conservazione dell’energia
2. Formulazione meccanica dell’equazione dell’energia

Assumendo che il fluido di lavoro sia un gas perfetto a calori specifici costanti, spiegare una possibile ragione per cui ? < < Legame tra volume specifico medio delle tre trasformazioni e lavoro d’attrito: ̅ < ̅ < ̅ ; < , < , ,

Triangoli delle velocità e lavoro di Eulero

1. I triangoli delle velocità riportati nella figura sopra rappresentano:

• A) Una macchina radiale centrifuga
• B) Una macchina radiale centripeta
• C) Un compressore assiale
• D) Una turbina assiale

2. Quale delle figure sotto rappresenta i triangoli delle velocità di una macchina assiale?

• A)
• B)
• C)
• D)

3. Quale delle figure sottostanti riporta i triangoli delle velocità per il rotore della macchina mostrato sopra (1: ingresso; 2: uscita)?

(C) (A) (D) (B)

4. Quale relazione descrive correttamente il legame tra componente assiale, radiale e meridiana delle componenti della velocità assoluta?

• A) = +
• B) = +
• C) = +
• D) = +

5. Quale delle seguenti relazioni è valida per il triangolo delle velocità illustrato nella figura a destra?

• A) sin = + sin 2 2 2 2 2
• B) sin = − sin 2 2 2 2 2
• C) cos = + cos 2 2 2 2 2
• D) cos = − cos 2 2 2 2 2

6. Per la girante mostrata nella figura a destra (1: ingresso; 2: uscita), quale delle seguenti relazioni è corretta?

• A) < ; > 2 1 2 1
• B) > ; < 2 1 2 1
• C) > ; > 2 1 2 1
• D) < ; < 2 1 2 1

7. La conservazione della rotalpia in una turbomacchina è garantita per:

• A) Flusso non viscoso
• B) Fluido incomprimibile
• C) Flusso adiabatico
• D) Per qualsiasi tipo di flusso e fluido

8. Quale delle seguenti relazioni illustra la conservazione della rotalpia per una macchina assiale (1: ingresso; 2: uscita)?

• A) 12 22 1 2 + + = + + 1 22 2 1 2
• B) 2 2 1 2 − + ℒ = − + ℒ 1 1 2 22 2
• C) 2 2 1 2 + + ℒ = + + ℒ + 1 1 2 22 2
• D) 12 22 + + ℒ = + + ℒ 1 1 2 22 2

9. Quale delle seguenti relazioni illustra la conservazione della rotalpia per una turbina assiale idraulica reale (1: ingresso; 2: uscita)?

• A) 12 12 1 2 + + = + + 1 12 2
• B) 12 22 − − 1 2) = ( − + + 1 2 2
• C) 2 2 − − 2 12 1) = ( − + + 2 1 2 12 22
• D) − − 1 2)( − + + = + 1 2 2

10. Quale delle seguenti relazioni illustra la conservazione della rotalpia per una macchina radiale (1: ingresso; 2: uscita)?

• A) 22 12 ℒ + + = ℒ + + 2 2 1 12 2
• B) 22 22 12 12 ℒ + − + = ℒ + − + 2 2 1 12 2 2 2
• C) 2 2 2 2 2 2 1 1 ℒ + + + = ℒ + + + 2 2 1 12 2 2 2
• D) 22 22 12 12 ℒ − − + = ℒ − − + 2 2 1 12 2 2 2

11. Lo scambio di lavoro in una turbina è favorito da:

• A) Rallentamento nel moto assoluto ( )> 1 2
• B) Rallentamento nel moto relativo ( )< 2 1
• C) Configurazione centrifuga ( )> 2 1
• D) Nessuna delle risposte precedenti

12. L’incremento di energia meccanica di un fluido elaborato da una pompa è favorito da:

• A) Rallentamento nel moto assoluto ( )> 1 2
• B) Accelerazione nel moto relativo ( )> 2 1
• C) Configurazione centrifuga ( )> 2 1
• D) Nessuna delle precedenti risposte

13. Quale delle seguenti espressioni rappresenta correttamente il bilancio energetico per una turbina (lavoro positivo se uscente, 1: sezione di ingresso; 2: sezione di uscita)?

• A) 12 22 12 22 12 22 − − − = + + 2 2 2
• B) 12 22 12 22 22 12 − − − = + + 2 2 2
• C) 22 12 22 12 12 22 − − − = + + − 2 2 2
• D) 22 12 22 12 22 12 − − − = + + 2 2 2

14. In uno stadio di una turbomacchina operatrice (pompa o compressore), ipotizzando che si conservi la componente assiale della velocità, che l’angolo della velocità relativa a < 0, 2 pari triangolo della velocità in ingresso, una riduzione della velocità relativa produce:

• A) Una riduzione del modulo della componente tangenziale della velocità assoluta ed un incremento del lavoro;
• B) Un incremento del modulo della componente tangenziale della velocità assoluta ed una