Esercizi Turbine a Gas (Sistemi energetici)

Nome e cognome numero di matricola

Nome e Cognome Numero di Matricola o la potenza assorbita dal compressore di bassa pressione (P ), la potenza Corso di Sistemi Energetici: Compito 2 – 03/05/2021 CBPassorbita dal compressore di media pressione (P ), la potenza assorbita dalCMPcompressore di alta pressione (P ); la potenza generata dalla turbina di alta.

Esercizio 1

Dati

ESERCIZIO 1 CAPDATI (P ) e di bassa pressione (P ) e quella estratta dalla turbina TP (P );Sia dato l’impianto turbina a gas riportato in Figura TAP TBP TPPap =p 1013251 9 o il rendimento globale dell’impianto ( ).A. All’uscita della turbina di alta pressione TAP, è TAGKT 288.151presente un analizzatore di fumi che rileva la Figura AJ/(kg K)c 1007 PPseguente composizione in volume, su base secca: p,aria -γ 1.4.

• CO = 0.0 % ariac 1200 J/(kg K).
• p,fumiCO = 3.952 %2 γ 1.32 -.
• fumiO = 15.345 %2 W 28.97 kg/kmolariaCC1.

La temperatura all’uscita della è uguale alla W 16 kg/kmolCH4T6temperatura . La perdita di pressione percentuale 2.5 -CBPe il rendimento della camera di combustione sono 1.8 -CMPp .rispettivamente e Si trascurino le perdite dicc cc η 0.87 -CBPpressione all’interno dell’intercooler SC e si assuma il η 0.85 -c CMPcalore specifico dell’acqua costante pari a . Sono,H2O η 0.85 -dati inoltre i rendimenti isoentropici di CBP, CMP, CAPη 0.99 -CAP TAP TBP TP, , e , il rapporto di compressione CCη 0.88 -β di CBP ed il rapporto di compressione β TAPCBP CMP η 0.88 -di CMP . TBPη 0.9 -Inoltre, è nota la portata di fumi elaborata TPΔp 4 %m CHdall’impianto . Si consideri metano ( ) come CCfumi 4 LHV 47 MJ/kgcombustibile. Si richiede di:

• T 1400 KTracciare il ciclo termodinamico su di un 6diagramma T-s, indicando gli stati termodinamici m 235 kg/sfumicorrispondenti ai punti da 1 a 9; T 17 °CH2O,ine.
• Tracciare il diagramma T-%Q per lo scambiatore T 304 K ESERCIZIO 2H2O,outSC Si assumano i dati della tabella precedente e si consideri l’impianto di riportato inc 4.1870 KJ/(kg K),H2O.
• Calcolare: Figura B, dove l’intercooler è stato spostato come illustrato tra il compressorem 280 kg/sH2Oo le condizioni termodinamiche del fluido di CBP CMP.e il compressorelavoro in tutti i punti indicati; Si richiede di:o e ΔT SC.
• Il rapporto di compressione totale e il allo scambiatore ; Calcolare:TOT pp,SC o Il nuovo rapporto di compressione totale ;o m TOTla portata di aria m e la portata di combustibile in ingresso allafuela o la potenza assorbita dal compressore di bassa pressione (P ), la potenzaφ CBPcamera di combustione.

Calcolare inoltre il rapporto di equivalenza e assorbita dal compressore di media pressione (P ), la potenza assorbita dalCMPl’eccesso d’aria ε della miscela aria/combustibile utilizzata (ricordando che compressore di alta pressione (P )CAPεper l’eccesso d’aria , al denominatore compare α stechiometrico);stNome e Cognome Numero di Matricola288.15 101325387.26 253312.5.

• La variazione introdotta, porta ad un miglioramento o ad un peggioramento 470.60 455962.5del rendimento dell’impianto? Spiegare brevemente e in maniera schematicala motivazione 400.63 455962.5584.37 980802.3Figura B 1400 895879.81248.80 522008.31098.66 284781.9879.54 101325230.45inarca Wasp 22.99984.55incita viene19.3401wear 42.6393wrap 42.6384Wrap 42.3395vien 61.79187 0.28890.34Y i.ameriot9.68Atp k110.48coMPREss0RECBPREssi0NEP Pcpp Pers 253312.5PaPz_PpI_2 101325TaTEMPERATURATRASF ISENTR1 2Appross 4a1.7253312.5 K374.38È Taisj 101325 KThis 387.26288.150.87 374.38 1Ncap 2taTa 288.15taCMPCOMPRESSOREpressione 455962.5 PaE1.8 PePoup 253312.52TEMPERATURATla TRACE 3APPROSS 2iseNTR o. t1 458.10ts.is KII 455962.5È 5253312 60470 k458.10 387.260.85 13ftp.fYcmp 26Ts 387cAMERAC0MBUSTIONeBllANCl aCHqtbf0zt3 6NZ tolto3.952CO2 15.3450 Nete3.952CBILANCIO a D 7.904H 3.952BILANCIO b7.904ab0 t2 3.952 23.249aBILANCIO 15.345 43.708N eeseBILANCIO 3.76 23.249RAPPORTOARIA.com3USTlB Ona 2811 3.761 3.76 232,429tua WARI 697528Amass Kgaria50281.697LWcita citaKgtemperaturaBILANCIOENTALPICOCCI TsLAV 1 Cpamassi TgMa n Fs50.6975 584.37K1,00711,20010.99 Ts47000 11400PORTATAARI XMAS.sn rinatavinaria 697550rimarc no Ìnnon 235non ARIAARIAchi FUMI Kgb230.45non eariaintercoolerTEMPERATURAT MI vinariaCraftstaTA tINoutHao 470.60280 230.45 Ti4.187 17 63273.15304 17 400 k007ECAPCOMPRESSORpressione FaiFalsi KFs0.85 556.81Ncap is584.37 400.63Ts ti Pa933208.1PsIÌÈ TÈ7ALBEROALTAPRESSIONETEMPERATURAT MITs Ta sintomi TatgCp CpaARIA e 1.200584.37 Ta 1248.8k235 1400230.45 400.631.007 tpressionePs Po 96100 Po 933208.1inPg 96 Po933208.1 100 895879.78100TURBINATATIpressioneT6 14001248.8T This 1228.18 k0.88Mrap This1400taTg isse I.ITep7 PaPt Pt 522008 32ffff8Po 895879.78ALBEROBASSAPRESSIONEtemperaturatwerpWaspWTBP MITinermi Ta TntCp 8Fumi ARIA ap 470.6 288.15To 1098.66k235 1.007230.451.2 Tse1248.8pressione 88 1248.8T7 K1078 190 1098.66 17µ isp 1248.8 ThisTa tris PoPE Po 284781.88to TÈ 522008.3TVRBINAT APPROSSTRASF8 9ISENT o.seÈ 855 19k251013 TgIÌ È 0284781.9 879.54k0.9 Tgeffetto ÈfMtp ÈRAPP.COMPR.TO 1.82.5 2.51.8Ptot BcBpPcnpPcap 980802. 45596259.68Dtpp TINTERCOOLERDI Ts 166470Ta 63046 K Tseat patAta 63ta too a 110µ KajDIDT2 DI K7 48Dtp 110 ta inPORTATACOMBUSTIB MIin Is4 55235 230.45impuni kgariaRAPPORTOSTEC.ttOMETBllANCl CxHyt N3.760 t 02X ft Hao 3.76 NaXtt 11ay Wa 3.763.76 17.241 2 1tXt tOs 28inWattRAPPORTOdiEQUNALENZµ 1 t.la 3406975soeclessod.at 94117.2450.6975 1E 17.24POTENZ .POTCB V.vevinaria kWTr 78Tn 22999paPOTEI in kW19340 14Tre TgARIA RAcuppoio miWear kWt 42639.28TgCRAariaPOTTA Wtapmit LA42638.4kTaTgumcp.fm UGUALIPOTTB WTBPmifvnic.pl 48kW42339TpTaFumi W.cbptw.cn 42339.92pPOTT Wtp ftp 84mnfunicp.fm kW61791TgRENDIMENTOIMPIANT NEÙ 61791.84C 28890470004.55L 288.15 101325E 387.26 253312.55il PUNTO 253312.5317.29PPaAssumendo 385.54 455962.5DOVREBBENON 37980802.35841VARIARE 1400 889587917 INTERCOOLER 1248.80 522008.31098.66 284781.9RAI3TEMPER 879.54 101325ÌNvinto Ta Ta TsTAN4 ARIACRAout280 387.26230.454.187 1.007 Ts304 273.1517129K317tCOMPRESSORE .plEsslONEP Pcmp 11 455962.51.8 PqPj 0253312.5TEMPERATURA O 41 375.3k4559625 ThisÈ 0gatto 5253312This 0.85 385.5NTiHemp 7.229375,2 03TraTiRAPP.COMPR.TO 1.852Ptot VIENEBcBpBcnpPIf UGUALEal VECCHIOtepotcB WCBP kW7822999nnariacp.la Ta Tp epotCM VVcmpnnarialqal.tt 15838 kWTs 31POTCA WCA.roin kW46141 12TaTsaria piaLa ilVARIA INTRODOTTA7 MIGLIORA PEGGIORAeRENDIMENTO PERCHÉ AUMENTAil RENDIMENTOPEGGIORA dell'ALBERO Pressla ALTAPOTENZA diIn 6132Nome e Cognome Numero di Matricolao la potenza assorbita dal compressore di bassa pressione (P ), la potenzaCorso di Sistemi Energetici: Compito 2 – 03/05/2021 CBPassorbita dal compressore di media pressione (P ), la potenza assorbita dalCMPcompressore di alta pressione (P ); la potenza generata dalla turbina di alta.

Esercizio 1

Dati

ESERCIZIO 1 CAPDATI (P ) e di bassa pressione (P ) e quella estratta dalla turbina TP (P );Sia dato l’impianto turbina a gas riportato in Figura TAP TBP TPPap =p 1013251 9 o il rendimento globale dell’impianto ( ).A. All’uscita della turbina di alta pressione TAP, è TAGKT 288.151presente un analizzatore di fumi che rileva la Figura AJ/(kg K)c 1007seguente composizione in volume, su base secca: p,aria B-γ 1.4.

• CO = 0.0 % ariac 1200 J/(kg K).
• p,fumiCO = 3.952 %2 γ 1.32 -.
• fumiO = 15.345 %2 W 28.97 kg/kmolariaCC1.

La temperatura all’uscita della è uguale alla W 16 kg/kmolCH4T6temperatura . La perdita di pressione percentuale 2.5 -CBPe il rendimento della camera di combustione sono 1.8 -CMPp .rispettivamente e Si trascurino le perdite dicc cc η 0.87 -CBPpressione all’interno dell’intercooler SC e si assuma il η 0.85 -c CMPcalore specifico dell’acqua costante pari a . Sono,H2O η 0.85 -dati inoltre i rendimenti isoentropici di CBP, CMP, CAPη 0.99 -CAP TAP TBP TP, , e , il rapporto di compressione CCη 0.88 -β di CBP ed il rapporto di compressione β TAPCBP CMP η 0.88 -di CMP . TBPη 0.9 -Inoltre, è nota la portata di fumi elaborata TPΔp 4 %m CHdall’impianto . Si consideri metano ( ) come CCfumi 4 LHV 47 MJ/kgcombustibile. Si richiede di:

• T 1400 KTracciare il ciclo termodinamico su di un 6diagramma T-s, indicando gli stati termodinamici m 235 kg/sfumicorrispondenti ai punti da 1 a 9; T 17 °CH2O,in.
• Tracciare il diagramma T-%Q per lo scambiatore T 304 K ESERCIZIO 2H2O,outSC Si assumano i dati della tabella precedente e si consideri l’impianto di riportato inc 4.1870 KJ/(kg K),H2O.
• Calcolare: Figura B, dove l’intercooler è stato spostato come illustrato tra il compressorem 280 kg/sH2Oo le condizioni termodinamiche del fluido di CBP CMP.e il compressorelavoro in tutti i punti indicati; Si richiede di:o e ΔT SC.
• Il rapporto di compressione totale e il allo scambiatore ; Calcolare:TOT pp,SC o Il nuovo rapporto di compressione totale ;o m TOTla portata di aria m e la portata di combustibile in ingresso allafuela o la potenza assorbita dal compressore di bassa pressione (P ), la potenzaφ CBPcamera di combustione.

Calcolare inoltre il rapporto di equivalenza e assorbita dal compressore di media pressione (P ), la potenza assorbita dalCMPl’eccesso d’aria ε della miscela aria/combustibile utilizzata (ricordando che compressore di alta pressione (P )CAPεper l’eccesso d’aria , al denominatore compare α stechiometrico);stNome e Cognome Numero di Matricola horses288.15387.26 253312.5.

• La variazione introdotta, porta ad un miglioramento o ad un peggioramento 470.58del rendimento dell’impianto? Spiegare brevemente e in maniera schematica 455962.5la motivazione 455962.5400.61584.41 1443641.5Figura B 1400 1385895.81248.75 8073944404801098.62 noises802.29mia 230.45inf 4.55EssoCOMPRESSORECBPPRESSION R Pz 2533122.5101325 Pa5Pjp ÌTEMPERATURAT TTII K374.385 Tris2È IIs 374.380.87 288.15 7 387.26Ncap Ta 288.15COMPRESecn .presslonep fc.noPs Pic455962312.5 5253 8Pj 1TEMPERATUR TISIÌAÌ Tris 084581.8te K387.26 458.08 387.26Trio 0.85 T 470.54cm 7p 387TaTs 26TaCAMERACOUBUSTIONBILANCIOa.CH b 3.760 Na UN3.952tt CO2 gita4 15.34502 23.952C aBILANCIO 7.904ABILANCIO fa 2a2g g 46.4982b t 15.345BILANCIO 23.952 20 topb 23 249RAPPORTOARIACOMBUSTIBIL NNAI50.703.76 Wartat1 WombTEMPERATUR NILAV Ts1 toat Cnn 584l5 Fs7 K41510.99 140047000 1.00ftPORTATAARI Xnajnnap.ca stiateNini n50.7MI insintomi 235AMAcita ARIAtivinaria 230 45 KPORTATACOMBUSTIBILE rinatajiffy 4.55 Isamasse rinata Kg270ITLamassINTERCOOLE .TEMPERATURAT mtn.ro miaTa tTta CpainCitro out 470 58290.15 Ta230.453044.187 1.007280 K61400T TPCOMPRESSORPRESSIONEP Ycapetsff 556T 84k40085 TI'sft eSnsso 400.684.41in a 1443641.5PaPsE TEIfff.ioPic 455962.5vEP6PRESS.IO 0.96Po 0.96Ps 1443641 Po5 1385895.8ALBEROALTAPRESSIONETEMPERATURAT NIA sintomiTs TatoTa CpCp e e584.41 235230.45 1.007 1.2 1400400.61 Ta1248.75KTiPressioneto 1 1228.13K1248.7514000.88 7 isHttp Tg Tais 1400 ta isÈ'Ì 807394PaPtaIIIITats 1385896ALBEROBASSAPresslt.ATTemperatura Tasintomimia t TseTpCp pifa 288.15 235 to1248.751.007230.45 1.2470.581098Ti 62Kpressioneo t 1098.62 1 1078.151248.75 K0.88 8ishttp 1248.75ThisTa this32a732 Pa440480PseI 781078.1cLPPI 1248.75 807394TPTURBINAtemperatura o. T 1101325 K769.36TaisPpj 440480 802.29K9 tetfff fjo fjjfzeMrp a.joo RAPP.COMPR. R 2514PIÈtot 1443641. 101325DtpDtp 304 K58ta 470 58 166Ts1 out 61Atp 400 290.15Ta 110 46Tic kina DTppD psonoCOMBSTECHIOMETRICORAPPORTOARIA 17.243.761µOS 2t 3.761 28inmassRAPP.diEQUN tl 0.34iar.laECCEE 1.940850 24POTENZ.