MACCHINE E SISTEMI ENERGETICI - BLOCCO 1-Domande aperte

Domande aperte blocco 1 da lezione 2 a lezione 9

Che cos’è una macchina?

Una macchina è un insieme di organi meccanici, fissi e mobili, collegati meccanicamente tra loro, di cui almeno uno in movimento ed in grado di scambiare forza e lavoro

Che cos’è una macchina a fluido?

La macchina a fluido è una macchina che sfrutta un liquido che scorre al suo interno e che fa da intermediario per scambiare lavoro ed energia meccanica

Quale è la differenza fra macchine volumetriche alternative e macchine volumetriche rotative?

Nelle macchine volumetriche il fluido viene imprigionato in una camera ove il volume varia periodicamente. Se il moto è alternato, come quello di un pistone, la macchina si dice alternativa. Se il moto è rotatorio, come i compressori a palette, la macchina si dice rotativa.

Quale è la differenza fra macchine dinamiche assiali e macchine dinamiche radiali?

Nelle macchine dinamiche il fluido scorre in modo continuo e scambia lavoro sfruttando le forze d’inerzia e la variazione del momento della quantità di moto. In base a dove va il fluido distinguiamo le macchine dinamiche assiali ove il fluido scorre parallelamente all’asse di rotazione e macchine dinamiche radiali ove il fluido si muove perpendicolarmente all’asse. quest’ultimo tipo di macchina si divide ulteriormente in: macchine dinamiche radiali centrifughe ove il fluido va verso l’esterno dell’asse e macchine dinamiche radiali centrifughe ove il fluido va dall’esterno verso il centro dell’asse.

Che cos’è un sistema energetico?

Il sistema è una porzione di spazio o di materia che interagisce con l’ambiente circostante che è tutto quello che si trova al di fuori. esistono due tipi di sistema: il sistema aperto ove il fluido entra ed esce liberamente dai confini. se poi il sistema si muove allora scambia lavoro, se la parete è adiabatica essa non lascia passare il calore e quindi non c’è lavoro. Il sistema chiuso invece, è costituito da una porzione di materia che non può scambiare massa con l’esterno.

Quale è la differenza fra un apparecchio ed un impianto?

Un apparecchio è un’unità singola che non è scomponibile in componenti autonomi e pensata per svolgere una funzione specifica. Un impianto è un installazione di più apparecchi collegati tra loro che lavorano insieme per ottenere un effetto globale che il singolo componente da solo non potrebbe mai ottenere.

Che cosa è un condotto?

Un condotto è un volume chiuso da pareti solide con una sezione in ingresso ed una in uscita.

Illustrare le caratteristiche geometriche di un condotto

Un condotto si compone di: linea di flusso che è la linea immaginaria a cui il vettore velocità è sempre tangenziale in ogni punto, il tubo di flusso che è un insieme di punti in cui il fluido può muoversi e che nessuna molecola può attraversare e la traiettoria che è la sezione trasversale che è il percorso che compie la singola particella nel tempo. Nel moto stazionario la traiettoria e la linea di flusso coincidono.

Illustrare le caratteristiche di un moto vario di un fluido

Il moto vario è un moto in cui velocità, pressione e densità variano da punto a punto nello spazio e nel tempo in un singolo punto della traiettoria

Illustrare le caratteristiche di un moto stazionario di un fluido

Nel moto stazionario le grandezze variano da punto a punto nello spazio ma rimangono costanti nel tempo a quel determinato punto.

Illustrare le caratteristiche di un moto uniforme di un fluido

Nel moto uniforme del fluido la velocità e le proprietà sono identiche in ogni punto dello spazio

Che cosa sono le linee di flusso e i tubi di flusso?

La linea di flusso è la linea immaginaria a cui il vettore velocità è sempre tangenziale in ogni punto, mentre il tubo di flusso è un tubo invisibile del flusso e nessuna molecola può attraversarlo.

Che cosa è la traiettoria di una particella fluida?

La traiettoria è la strada reale percorsa da una singola particella nel tempo.

Che cosa è la portata?

La portata è la quantità di fluido che fluisce attraverso una sezione trasversale in un'unità di tempo, espressa in volume o massa. La portata si divide in portata volumetrica ossia il volume del fluido nell’unità di tempo e la portata massica ossia la massa del fluido nell’unità di tempo.

Illustrare la differenza fra l’approccio lagrangiano e quello euleriano

Nel metodo lagrangiano si segue il movimento della singola particella, mentre in quello euleriano si analizza il comportamento del fluido in un punto fisso nello spazio.

Illustrare il significato di moto tridimensionale, bidimensionale ed unidimensionale

Nei moti reali le proprietà variano nelle 3 dimensioni spaziali, mentre in quelli bidimensionali si considerano solo due dimensioni e in quelli unidimensionali si osserva solo una dimensione.

Illustrare il principio di conservazione della massa

Il principio di conservazione della massa afferma che in un sistema isolato la massa totale rimane costante nel tempo, indipendentemente dai processi fisici o chimici che avvengono, poiché non può essere né creata né distrutta.

Fornire un esempio pratico in cui si applica l’equazione di conservazione della massa

Un esempio pratico dell'equazione di conservazione della massa è la reazione chimica tra idrogeno e ossigeno per formare acqua. In questo processo, la massa totale dei reagenti è uguale alla massa totale dei prodotti. Un altro esempio si trova nella combustione di un combustibile: la massa dei reagenti (combustibile e ossigeno) è sempre uguale alla massa dei prodotti (anidride carbonica e acqua).

Individuare i termini che forniscono un apporto alla variazione dell’energia posseduta dal fluido all’interno del volume di controllo

Se prendiamo in esame una macchina a fluido che è composta da due tubi, uno da cui entra e una da cui esce il fluido, possiamo definirla come il nostro volume di controllo, delimitato dalla sezione di ingresso Ω₁ e dalla sezione di uscita Ω2. Nel volume di controllo il fluido entra con una certa energia pari a:

e=U+ (C² / 2) + (g*z)

Ciò che influenza l’energia del fluido è l’energia interna U che è legata alla temperatura ed alla pressione delle molecole, l’energia cinetica (C² / 2) con cui scorre il fluido e l'energia potenziale (g*z) dovuta all'altezza.

Si ricavi l’equazione di conservazione dell’energia in forma termodinamica in termini finiti

L'equazione di conservazione dell'energia in forma termodinamica afferma che la variazione dell'energia interna di un sistema è uguale al calore scambiato e al lavoro fatto sul sistema. Matematicamente, si esprime come: $dU/dt = Q - W$ , dove $U$ è l'energia interna, $Q$ è il calore fornito e $W$ è il lavoro fatto dal sistema.

Nell’ambito di un processo con deflusso, si individui la generica trasformazione elementare alla quale si applica l’equazione di conservazione dell’energia in forma termodinamica in termini differenziali.

In un processo con deflusso, la generica trasformazione elementare è rappresentata dall'equazione: $dU = dQ/dt - dW/dt$ , dove $dU$ è la variazione dell'energia interna, $dQ$ è il calore scambiato e $dW$ è il lavoro fatto.

Con riferimento alla girante di una macchina dinamica, definire la velocità assoluta e la velocità relativa del fluido nonché la velocità di trascinamento

La velocità assoluta del fluido è la velocità rispetto a un punto di riferimento fisso, mentre la velocità relativa è la velocità del fluido rispetto alla girante stessa. La velocità di trascinamento si riferisce alla componente della velocità del fluido dovuta al movimento della girante. La velocità assoluta è utilizzata per descrivere la velocità del fluido rispetto a un sistema di riferimento esterno, mentre la velocità relativa rappresenta la velocità del fluido vista dalla girante in movimento. La velocità di trascinamento, infine, è la componente della velocità del fluido che viene trasferita attraverso il movimento della girante stessa.

Si ricavi l’equazione di conservazione dell’energia in forma meccanica in termini differenziali

per un sistema di riferimento solidale con la girante

L'equazione di conservazione dell'energia in forma meccanica, per un sistema di riferimento solidale con la girante, esprime che la variazione dell'energia meccanica totale del fluido è data dalla somma del lavoro meccanico realizzato sulle forze esterne e dalle variazioni di energia cinetica e potenziale. Matematicamente, si può scrivere come: dE_meccanica = dW + dK + dP$, dove$ dE{meccanica}$è la variazione totale dell'energia meccanica,$ dW$è il lavoro delle forze esterne,$ dK$è la variazione dell'energia cinetica e$ dP$$ è la variazione dell'energia potenziale.

Si ricavi l’equazione del lavoro alle differenze di energia cinetica.

L'equazione del lavoro alle differenze di energia cinetica si basa sul principio di conservazione dell'energia, dove il lavoro compiuto su un sistema è uguale alla variazione di energia cinetica del fluido. Questa può essere espressa come: W = (1/2) · m · (v_f^2 - v_i^2)$, dove$W$è il lavoro,$m$è la massa del fluido,$vf$e$vi$$ sono le velocità finale e iniziale.

Si ricavi l’equazione di conservazione dell’energia in forma termodinamica in termini differenziali per un sistema di riferimento solidale con la girante.

L'equazione di conservazione dell'energia in forma termodinamica, per un sistema di riferimento solidale con la girante, esprime che la variazione dell'energia totale del sistema è pari al calore scambiato e al lavoro svolto. Questa può essere rappresentata come: dU = dQ - dW, dove $dU$ è la variazione dell'energia interna, $d{Q}$ è il calore fornito al sistema e ${dW}$ è il lavoro fatto dal sistema.

Si definisca il grado di reazione di una turbomacchina

come il rapporto tra la variazione di energia in forma di energia cinetica e la variazione totale dell'energia meccanica nella macchina. È un parametro che indica quanto del lavoro meccanico della turbomacchina è utilizzato per aumentare la velocità del fluido.