Appunti energetica t

ENERGETICA T.

Prof. E. Di S.

CLASSIFICAZIONE DELLE FONTI ENERGETICHE

• In base alla loro origine:
  • fonti primarie: direttamente disponibili in natura
  • fonti secondarie: frutto di una trasformazione di fonte primaria
• In base alla loro disponibilità:
  • fonti rinnovabili (non esauribili e in esaurimento)
  • fonti non rinnovabili

Fonte rinnovabile è una fonte energetica non fossile.

Biomassa: parte dei prodotti bioprodotti proveniente da agricoltura e rifiuti urbani (54% dei rifiuti urbani).

CATENA CONVERS ENERGIA

P (1-η)E_F

• Fonti primarie
• Sistemi di conversione e distribuzione
• Usi finali (EE, ET, EF, EM)

POTERE CALORIFICO SUPERIORE

kJ/kg

energia teorica ottenibile dalla reazione chimica di combustione di una quantità unitaria da combustione, in condizioni naturali di temperatura e pressione (0°C, 1,01325 bar)

POTERE CALORIFICO INFERIORE

Potere calorifico superiore meno il calore latente di condensazione del vapore d'acqua presente nei fumi.

FABBISOGNO ENERGETICO

(1,8 tep anno procapite) è aumentato sempre

È costituito da:

• Consumo di petrolio e aumentato di
• XX gas naturale e aumentato di

TPES = total primary energy supply

È legato a vari fattori:

• consistenza demografica
• livello sviluppo socio-economico
• livello sviluppo tecnologico
• uso materiali

INSIEME DI ENERGETICO

I = E / N.P._capite

Evoluzione temporale intensità energetica

Problemi Risorse Fossili

• Problema attuali aspetti geopolitici ed economici legati a:
  • Distribuzione non uniforme delle risorse
  • Sicurezza
• Problemi di tipo tecnico
  • Andamento storico dei prezzi
  • Instabilità

Riserve Energetiche

• Petrolio
  • Riserve per 1000 miliardi di barili
• Gas Naturale
  • Riserve per 160000 miliardi di m³
• Carbone
  • Riserve per 2200 miliardi di tonnellate
• Uranio
  • Riserve in Australia
• Heavy-light (liquido e gas sweet basso contenuto di S)

Global Warming Potential:

Rapporto tra il forcing radiativo di una molecola al MC e il forcing radiativo di una miscela una molecola di anidride carbonica (CO₂) calcolato su un periodo di tempo.

Forcing radiativo: bilancio tra onde e infrarosse

Disponibilità

• Le riserve negli OECD hanno una vita di circa 200 anni
• Pozzi: tipo di combustibile (C_p, G_p, C_o) nel tempo costuzione trapezoidale
• Gas non convenzionale:
  • Non è più del 20% dei piccoli pozzi ma una forma non uniforme di focolaio
  • Sciumi - Gas naturale ruocalo (perforazione verticale dedicata)
  • Idrati - sedimenti (fango/marghi) composti da acqua e metano

Equazione di Gibbs

du = Tds + Pdv + ∑(∂u/∂i_t)_v,p,s,n dv - ∑(∂u/∂p_i,t)v,s,n dv>

Temperatura

T = ∂u/∂s_v,u,n[K]

Pressione

P = ...

du = Tds - pdv - ∑µ_idn_i

Entalpia

H = U + PV

dH = dU + vat - pdv + vdp

dH = Tds + vdp + ∑µ_i dn_i

Energia Libera di Gibbs

G = H - TS

dG = du - Tds - SdT

dG = vdp - SdT + ∑µ_i dn_i

le applico al mio sistema.

E₁ - U₁ = E₂ - U₂ - W

perché complessivamente non c'è uno scambio con l’esterno

E₂ - U₂ = U₃ - U₂ - W

quindi S₂ = S₁ e S₄ = S₂ + ΔS_irr

NB: Un serbatoio attraverso solo stati ed equilibri

posso quindi usare l’eq. di Gibbs sul serbatoio

Y₂ - U₂ = T₀(S₂ - S₄)

quindi posso sempre fare e ottengo

W_sc = E₁ - T₀S₄ - (E₂ - T₀ S₄) - T₀ΔS_irr

e quindi W = Ω₁ - Ω₂ - t₀ΔS_irr

ESERCIZI

1. Un sistema chiuso A è costituito da una massa m = 100 kg di acqua liquida a U =costtl con una pressione p = 0,143 bar. Nello stato iniziale t₀ la temperatura è T₁ = 363 k ( = 90C) e è disponibile di un serbatoio alla temperatura T_R = 300 k.

Quale è W_max?

Risultato

W_max = Ω₁ - Ω₂

U = 2 U₁ - U₂ - T₀ (S₁ - S₂)

= m c_p(T₁ - T₀) - T₀(S₂ - S₁)

ΔU = TdS - pds

S₄ - S₂ = m c_p ln(a_T0 ))

E₁ - U₂ = m c_p ln(T/T₀) ln c_p (S₁ - S₂)

Ω₁ - U₂ = m c_p (T₁ - T₀) ln(a_T0

2.0 - 3.04) = m C _p ln(T

W_max = 384k

Se il sistema è isolato risente solo dell’effetto delle irreversibilità (T₀Siir).

Se allora p_c e T tendono a 0

BILANCIO DI ERESIA PER UN VOLUME DI CONTROLLO

d/dt ∫ρedu = ṁ₂(e₂, p₂, u_i)-ṁ₁(e₁, p₁, u_i) + ΣQj(1-T₀/Tj) + W_ietoT₀ Siir

d/dt ∫ρ x dv = ṁ₂−ṁ₁ (x, h − T₀ s) = m(p u − T₀ s)

d/dt ∫ ρ(e − T₀s)dV = ṁ₁(e₁, p₂, u_i − T₀s₁) − ṁ₂(e₂, p₁, u_i − T₀s₂) + ∑Qj(1- T₀/Tj) Włują T₀ Siir

e = u + w²/2 + gz h – Troso: m(p u - Tosc)

d/dt ∫ ρ x dv−d/dt ∫ ρ¬de(oh)

d/dt ∫ρ h dv =

e = u + w²/2 + gz h = h − T₀si = m(pu − Tos)

ESERCIZIO

• p₂ = 30bar
• T₁ = 400°C
• T₂ = 200°C
• w₁ = 700 m/s
• w₂ = 100 m/s
• T₀ = 500k
• W_e = 540kJ/kg
• V_u = 100 m/s
• w₁ = 292 m/s
• w₂ = 89,9 m/s
• W = σkg
• Q = 0,6% − 6

PROBLEMA

Quinto vale Siir? In assenza di espandenza sono in condizione stazionarie

T₀Siir: T₀Siir (1 − T₀h/2) − 2σ

q = (267 + o − 3232 18/3) = − 3sd vol_μq

−22,6kJ/kg

Entra del vapore surriscaldato in una valvola di laminazione ad una P₁ = 36 bar, T = 260°C ed esce ad una P₂ = 4,5 bar.

Troviamo T₂ ? ed esce liquido saturo

DATI DA TABELLE:

T₀ = 300 K, h₀ = 413,12 kJ/kg, s₀ = 0,9348 kJ/kg.K

P₂ = 4,5 bar, h₂ = kj/kg, s₂ = 6,85 kJ/kg.K

P₁ = 36 bar, T₁ = 260°C, h₁ = 2933,3 kJ/kg, s₁ = 6,255 kj/kg

Ex₁ = x₂ x₂? ?

x₂ = (h₂ - h₀) - T₀(s₂ - s₀) = 994,6 kJ/kg

x₁ = (h₁ - h₀) - T₀(s₁ - s₀) = 999 kJ/kg

Uno S.C. è attraversato da una corrente di acqua a 8 MPa che entra liquido ed esce vapore saturo secco.

L'altra corrente è data da fumi di combustibile che entrano a 110°C ed escono a 550°C.

Sia m₄ = 4,5·10⁵ kg, T₀ = 250°, P₀ = 1 bar

m_c(x_f, x_c)? m_f(x_f, x_f)? Ex?

Q_c = Q_f ⇒ m_c(h₁^c - h_c^c) = m_f(h₁^f - h₁^f)

DA TABELLE:

• h₃^c = 1486 kJ/kg
• h₂^f = 848,21 kJ/kg
• h_f^f = 216,1 kJ/kg
• h₂^f = 2760 kj/kg
• S_c = 3,503 kJ/kg.K
• S₂ = 2,921,3 kJ/kg.K
• S_f0 = 9,9982 kj/kg.k
• x₂^f = 514,7 kj/kg

⇒ ṁ/ṁ₀ = 0,25

ṁ_c(x_f, x_c) = ṁ_c[h₁^c - h_c^c - T₀(s_c^c - s_c^c)] = 225,9 MW

ṁ_f(x_f, x_f) = ṁ_f[h₂^f - h_f^f - T₀(s_f^f - s_f^f)] = 128,4 MW

Ex = ṁ_f(x_f - x_f) = 0,56

⇒ T₀ ΔS_tot = ṁ_c(x_f, x_c) - ṁ_f(x_f, x_f) =