Macchine a fluido - Soluzione - Maturità 2013

Macchine a Fluido ANNO 2013

In un impianto termo-elettrico si ha:

- produzione di vapore G = 20 t/h;

v

- p = 45 bar;

max

- t di surriscaldamento = 623 K;

max

- pressione di condensazione = 0,50 bar.

Scelti opportunamente e motivatamente i dati mancanti, il candidato:

1) illustri le problematiche energetiche e ambientali;

2) schematizzi l’impianto indicando le trasformazioni termodinamiche nei singoli componenti;

3) riporti il ciclo ideale sul diagramma T-s;

4) determini il rendimento del ciclo termodinamico;

5) determini la potenza disponibile all’asse della turbina.

Punto 1

Tutto quello che abbiamo in più è grazie all’energia. I problemi connessi all’approvvigionamento

la fonte di energia più vicina all’esaurimento, hanno

energetico derivante dal petrolio, attualmente

indotto la necessità di sfruttare fonti energetiche rinnovabili ed alternative, nonché il miglioramento dei

di trasformazione dell’energia e non ultimo la necessità di perseguire il risparmio

sistemi energetico

creando la consapevolezza che l’energia è un bene prezioso, non infinito e quindi da utilizzare con un

giusto criterio.

Altro aspetto legato al risparmio energetico è dettato dall’ inquinamento ambientale che comporta ormai

modificazioni climatiche con conseguenze pericolose per il futuro del pianeta.

L’effetto serra è una conseguenza dell’inquinamento derivato dalle combustioni. La combustione dei

dell’effetto

combustibili fossili provoca un gas (anidride carbonica) che è il maggiore responsabile serra

(altri gas sono metano, clorofluorocarburi). Il fenomeno si può sintetizzare col fatto che questi gas

negli strati superiori dell’atmosfera, pur non impedendo alla luce solare di

presenti raggiungere la terra,

ostacolano la dispersione nello spazio del calore solare riflesso dalla superficie terrestre.

L’utilizzazione dei combustibili fossili, oltre al sopradetto effetto serra, comporta un altro grave

come l’enorme quantità nell’atmosfera con

problema di sostanze nocive introdotte la combustione. Il

traffico con i motori a scoppio e diesel è uno dei maggiori responsabili.

La combustione produce non solo anidride carbonica (CO ) , ma anche ossidi di azoto genericamente

2

indicati con NO e anidride solforosa (SO ) che come conseguenza provocano le piogge acide. I

x 2

maggiori produttori di queste sostanze sono: il traffico, le aziende ma anche le abitazioni, le industrie e

le centrali elettriche a combustibile fossile.

E’ per questi motivi che si stanno sperimentando le macchine a idrogeno in quanto questo, producendo

L’affermazione

come prodotto della combustione acqua calda o vapore, non è assolutamente inquinante.

di tali macchine si avrà quando diverrà economicamente conveniente la produzione di idrogeno per

l’autotrazione.

Punto 2

generatore di vapore G

economizzatore E,

caldaia C,

surriscaldatore S;

turbina T;

utilizzatore U;

condensatore Co;

pompa P.

Il funzionamento dell'impianto descritto si basa sul ciclo termodinamico di Rankine, rappresentato sul

piano (T, s) Percorrendo l'impianto, il fluido viene sottoposto alle seguenti fasi:

l - 2: compressione del liquido, uscito dal condensatore, della pompa;

2 - 3: preriscaldamento del liquido e successiva vaporizzazione e poi il surriscaldamento nel generatore

a pressione e temperatura costanti;

3 - 4: espansione adiabatica del vapore surriscaldato nella turbina con trasformazione in lavoro di una

parte dell'energia termica posseduta; 1