Risposte alle domande d'esame

Modalità di svolgimento dell'esame

L'esame è sostanzialmente una prova orale. Tuttavia, per rendere più veloce la procedura nel caso di appelli con numero elevato di iscritti, l'orale può essere preceduto da un pre-esame in cui allo studente vengono assegnate delle domande del tipo di quelle riportate nell'elenco DOMANDE PRE-ESAME di seguito riportato, a cui dovrà dare risposta prima di accedere all'orale. L'elaborato risultante dal pre-esame verrà analizzato dal docente nel giorno stesso della prova e costituirà la base di partenza per l'orale. Le domande poste all'orale saranno del tipo di quelle riportate nell'elenco DOMANDE ORALE di seguito riportato.

Raccomandazioni generali

Nello scrivere una relazione si pensi come prima cosa al concetto fisico che si intende esprimere e quindi alle unità di misura ad esso associate. Una domanda comune e pertinente a tutti gli argomenti potrà essere quella di procedere all'analisi dimensionale delle relazioni scritte per verificarne la correttezza. Le relazioni che esprimono il principio di conservazione dell'energia nelle varie forme esposte durante il corso costituiscono la base per l'analisi delle macchine e dei sistemi energetici trattati ed è quindi indispensabile conoscerle e saperle applicare. Esercitarsi nel disegnare in maniera comprensibile ed essenziale gli schemi di base che rappresentano le macchine e gli impianti trattati nel corso.

Sensibilità numerica

È importante acquisire una sensibilità numerica per sapere definire l'ordine di grandezza di:

• Rendimento di una turbina idraulica
• Rendimento di una pompa centrifuga
• Rendimento di un motore a combustione interna
• Rendimento di un impianto a vapore
• Rendimento di un impianto turbo-gas
• Rendimento di un generatore di vapore
• Pressioni di caldaia di un impianto turbo-vapore
• Temperatura di surriscaldamento del vapore
• Pressione di condensazione di un impianto a vapore
• Rapporto di compressione di un impianto turbo-gas
• Temperatura ingresso turbina a gas TIT

È opportuno ricordare alcune grandezze numeriche di uso comune nel settore come:

• Potere calorifico inferiore benzina = 44 MJ/kg
• Rapporto aria-combustibile stechiometrico benzina = 14.6
• Potere calorifico inferiore CH₄ = 50 MJ/kg
• Rapporto aria-combustibile stechiometrico CH₄ = 17.44
• Densità dell'acqua = 1000 kg/m³
• Pressione di saturazione dell'acqua a circa 32.9°C = 0.05 bar
• Pressione atmosferica normale o standard 101325 Pa
• Densità aria alla pressione atmosferica e 0°C temperatura = 1.3 kg/m³
• Densità aria e come valutarla in base alle condizioni di pressione e temperatura considerandola un gas ideale (costante dell'aria Ra = 287 J/(kg K))
• Calore specifico dell'H₂O a temperatura ambiente = 4.186 kJ/(kg K)
• Calore specifico dell'aria a temperatura ambiente = 1.05 kJ/(kg K)

Elenco domande pre-esame

(Di norma tre domande scelte tra le seguenti)

Impianti a vapore

• Tracciare sul diagramma termodinamico T-s il ciclo di un impianto con surriscaldamento e risurriscaldamento e 3 spillamenti. Associare al diagramma termodinamico lo schema impiantistico con i punti caratteristici corrispondenti.
• Tracciare il diagramma di scambio del generatore di vapore della figura assegnata.
• Bilancio energetico a scatola chiusa di un generatore di vapore. Espressione diretta e indiretta del rendimento e indicazione numerica dei termini rappresentati.

Impianti a gas

• Tracciare sul diagramma termodinamico T-s il ciclo di un impianto a gas. Associare al diagramma termodinamico lo schema impiantistico con i punti caratteristici corrispondenti. Determinare l'espressione del lavoro specifico con le seguenti assunzioni: fluido ideale, assenza di perdite di carico, macchine reali con rendimento isoentropico assegnato.

Turbina Pelton

• Disegnare lo schema del distributore e di una pala di una turbina Pelton e tracciare i triangoli di velocità in condizioni di massimo lavoro.
• Tracciare i diagrammi dei carichi totali, piezometrici e geodetici di un impianto idroelettrico con turbina Pelton indicando il salto utile.

Pompa centrifuga

• Disegnare la sezione meridiana e la vista frontale di una girante di una pompa centrifuga. Tracciare sulla vista frontale i triangoli di velocità coerenti alle pale (in particolare minimizzando le perdite di imbocco in girante). Scrivere la portata che attraversa la girante riferendosi alle condizioni nella sezione di uscita.
• Tracciare i diagrammi dei carichi totali, piezometrici e geodetici di un impianto di sollevamento acqua indicando la prevalenza.
• Individuare sul piano H-Q il punto di funzionamento di una pompa centrifuga operante in un generico impianto. Distinguere i casi: A) di circuito chiuso, B) circuito di collegamento di due serbatoi a diversa quota aperti all'atmosfera, C) circuito di collegamento di due serbatoi a diversa quota e pressione diversa.

Compressore alternativo

• Tracciare sul diagramma termodinamico p-V_tot il ciclo ideale di un compressore volumetrico alternativo di volume morto Vm. Determinare l'espressione del coefficiente di riempimento ed individuare sul diagramma il ciclo a rapporto di compressione limite.

Motore a combustione interna

• Tracciare sul diagramma p-V_tot il ciclo di riferimento di un motore a combustione interna ideale a 4T (con somministrazione del calore isocora). Numerati i punti caratteristici individuare le fasi di realizzazione del ciclo e per ciascuna scrivere il bilancio energetico.
• Tracciare sul diagramma p-V_tot il ciclo di riferimento di un motore a combustione interna ideale a 4T (con somministrazione del calore isocora) regolato per quantità.