Fisica Tecnica Esercitazione 8

Esercitazione 8: fisica tecnica 9 CFU (codice 23037)

AA 2019/2020

Corso di Laurea: Ingegneria Meccanica

Prof. G.E. Cossali

Dr.-Ing. S. Fest-Santini

Cicli a vapore

Ciclo Rankine semplice: ciclo ideale degli impianti a vapore

• 1 → 2: Compressione isoentropica
• 2 → 3: Riscaldamento isobarico
• 3 → 4: Espansione isoentropica
• 4 → 1: Raffreddamento isobarico

w = -q_H - q_C

q_H = q₂₃ = h₃ - h₂

q_C = q₄₁ = h₁ - h₄

w_P = w₁₂ = h₂ - h₁ = v₁₂ ⋅ (p₂ - P₁)

w_T = w₃₄ = h₄ - h₃

w = w_T + w_P = -q_H - q_C

> 0 → entrante

< 0 → uscente

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Esercitazione 8: fisica tecnica 9 CFU (codice 23037)

AA 2019/2020

Corso di Laurea: Ingegneria Meccanica

Prof. G.E. Cossali

Dr.-Ing. S. Fest-Santini

Cicli a vapore

Ciclo Rankine semplice: ciclo ideale degli impianti a vapore

• 1 → 2: Compressione isoentropica
• 2 → 3: Riscaldamento isobarico
• 3 → 4: Espansione isoentropica
• 4 → 1: Raffreddamento isobarico

w = -q_H - q_C

q_H = q₂₃ = h₃ - h₂

q_C = q₄₁ = h₁ - h₄

w_P = w₁₂ = h₂ - h₁ = v₁₂ · (p₂ - p₁)

w_T = w₃₄ = h₄ - h₃

w = w_T + w_P = -q_H - q_C

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Ciclo Rankine semplice: ciclo ideale degli impianti a vapore

Evaporatore/Scambiatore di calore

Scambiatore di calore/Condensatore

Vapore surriscaldato

Liquido

Vapore umido

η = |W|/q_H = | -q_H - q_C |/q_H = q_H + q_C/q_H = 1 + q_C/q_H = 1 + (h₁ - h₄)/(h₃ - h₂) = 1 - (h₄ - h₁)/(h₃ - h₂)

Ciclo Rankine semplice: ciclo ideale degli impianti a vapore

Esempio 8.1

Vapore surriscaldato

Liquido

Vapore umido

Ciclo Rankine fra le pressioni

p_min = 0.1 bar = 10 kPa = 0.01 MPa

p_max = 60 bar = 6000 kPa = 6 MPa

Determinare q_H, q_C, w_P, w_T, η.

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Ciclo Rankine con surriscaldamento: ciclo ideale degli impianti a vapore

Esempio 8.2

Ciclo Rankine fra le pressioni

p_min = 0.1 bar = 10 kPa = 0.01 MPa

p_max = 60 bar = 6000 kPa = 6 MPa

T_max = 500°C

Determinare q_H, q_C, w_P, w_T, η.

Ciclo Rankine semplice: effetto delle irreversibilità della pompa e della turbina

Esempio 8.3

Ciclo Rankine fra le pressioni

p_min = 0.1 bar = 10 kPa = 0.01 MPa

p_max = 60 bar = 6000 kPa = 6 MPa

η_T = 0.8

η_P = 0.85

Determinare q_H, q_C, w_P, w_T, η.

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Ciclo Rankine organico

Utilizzo di sostanze organiche ad alto peso molecolare con temperature di cambiamento di fase inferiore a quelle dell’acqua.

Produzione d’energia elettrica da fonti di calore a temperature relativamente basse.

Applicazioni: pannelli solari, geotermia ecc.

Esempio 8.4

Un ciclo di Rankine funziona con isopentano sfruttando i fumi (c_p,fumi = 1013 J/(kg K)) provenienti da una caldaia. Il processo è caratterizzato da seguenti trasformazioni:

• 1 → 2: Espansione adiabatica di vapore saturo da 20 bar a 1 bar (η_turbina = 0.95)
• 2 → 3: Condensazione fino a liquido saturo
• 3 → 4: Compressione adiabatica fino a 20 bar (η_pompa = 0.85)
• 4 → 5: Riscaldamento isobaro fino a liquido saturo
• 5 → 1: Evaporazione isobara fino a vapore saturo

La temperatura dei fumi in ingresso (punto