Appunti Esame Impianti - prima parte di Impianti con turbina a gas

COMBIANTI CON RAFFREDDAMENTI A VAPORE CON MISCELAZIONE NON CE NE èNEANCHE 1

Ecco che il caso senza miscelazione, queste esistono. Siccome non c’è lamiscelazione qui le regole del T-s valgono tutte, INFATTI LE ISOBARE VEDI CHE SISOVRAPPONGONO, non come prima che cambiavano perché ovviamente dentro ilciclo cambiavano le portate e le proprietà dei fluidi. In questo caso no, molto piùfacle da leggere e il disegno centrale è come quello disegnato ad inizio modello. Laperdita di lavoro in TAG come vedi è contenuta, perché gli viene solo ritagliato ilpezzo dovuto al raffreddamento. È più bassa la perdita di rendimento, alle alte T (alti) la perdita è solo meno -0.5, quindi meno della metà della percentuale di portatadi raffreddamento che userò, poco. Lavoro specifico ne perdo poco e altrettanto nelciclo combinato, anche perché, come vedi c’è una curva nella parte positiva delleordinate.

quello vuol dire che la portata di raffreddamento di vapore che ho usato mi torna già e fa del lavoro in più, e mi porta la perdita di rendimento nel ciclo combinato quasi a zero. Con questo giochini quindi ho limitato parecchio le perdite. Per quanto riguarda le prestazioni finali bisogna che tiri fuori le portate di raffreddamento al variare di T. In termini specifici quando vado a T più alte perdo meno, ma allo stesso tempo devo usare più portata di raffreddamento. ATTENZIONE: la legenda è applicata ad entrambi i grafici, non ognuna ad un altro, attenzione traspirazione, vuol dire a film. Guardiamo il rendimento e lavoro specifico in funzione del tau per il ciclo semplice con il raffreddamento. Vedo che il raffreddamento con aria in convezione con fori, tau=5.50) sopra i 1500K (arancione) (tanto vale neanche farlo, perché l'effetto è negativo oltre un certo valore, il rendimento della macchina crolla, avrei rendimenti bassi tipici).

di Tmax molto più basse, e cicci non ha senso. allora ci sono macchine al 30% di rendimento, raffreddate pochissimo in maniera semplice e non si fermano MAI, come quelli nel deserto, non conviene mai però avere macchine con rendimento uguale ma sistemi di raffreddamento molto più complessi. Quelli raffreddate a film e barriere termiche è interessante notare che portano a rendimenti intorno a 40% (blu). Attenzione, come vedi le macchine non raffreddate arrivano anche a 40/45%, attenzione che non ci sono TAG semplici con questi rendimenti ancora. La linea tratteggiata sopra quella della macchina non raffreddata è quella con il film di vapore, dove come prima si vede un enorme guadagno di rendimento con vapore di raffreddamento in miscelazione NEL CICLO SEMPLICE, ovviamente però quel vapore poi non è regalato, non esistono macchine TAG a ciclo semplice con vapore, ci vuole il ciclo combinato. A dx vedi il dramma, il lavoro specifico. E vedi quanto

Cazzo lavoro perde una macchina raffreddata con ariaconvezione rispetto al caso non raffreddato. Per il rendimento si perdono 5-6 puntidi rendemimento, ma il lavoro specifico sono 400 Kj/kg contro 700, fa quasi metàpotenza. Comunque vedi che con sistemi più moderni si va intorno ai 500. Nel casodel lavoro specifico però a differenza del rendimento vedi bene che le macchinesenza miscelazione prendono un bello stacco, perdono pochissimo del lavorospecifico, informazione molto interessante, gli americani provarono a farle enotarono la stessa macchina con lo stesso compressore, con vapore senzamiscelazione guadagnava anche 200MW.Infatti in ciclo combinato tornano le cose, vediamo il ciclo non refrigerato stacca sututti. In termini di lavoro vedi che le cose si attenuano, perché il lavoro con il peggiorraffreddamento ad aria arriva intorno ai 600kj/kg, con i migliori sistemi diraffreddamento potrebbe farne 800. Però se guardi le linee più alte sono

sempre sistemi di raffreddamento a vapore senza mix, questi dovrebbero superare il 60% di rendimento se stai tra i 1700 e i 2000K. Quindi da un semplice modello abbiamo trovato che il rendimento atteso erano questi, e infatti sono nate macchine di questi parametri più o meno. Ad oggi la tendenza maggiore è quella del miglior raffreddamento ad aria (blu) e questa si è spinta sempre di più, e ad oggi si superano rendimenti del 60% totali, il tutto senza sprecare vapore del ciclo bottoming perché più o meno si sarebbero ottenuti risultati giù di lì. Quindi abbiamo visto con questo modello gli effetti negativi del raffreddamento: - abbassare la temperatura media di espansione, ti uccide il 10% del rendimento. - E soprattutto, ti riduce il lavoro specifico prodotto, perché un 30-40% del lavoro utile va via a causa delle portate d'aria che usi per raffreddare. Ovviamente un modello più preciso sarebbe stato un modello fatto stadio per stadio, noi

Ne abbiamo guardato solo 1.

LEZIONE 7: CICLI MISTI NON IMPARARE LA MATEMATICA LO DICE ANCHE LUI

Il ciclo di joule abbiamo visto che può essere condotto con 2 fluidi di lavoro: aria-vapore. Sappiamo che la macchina potrebbe avere comportamenti migliori nel ciclo ideale se usasse fluidi monoatomici quindi con rapporti cp/cv grandi, il ciclo migliorerebbe a parità di rapporto di compressione dandoci un rendimento più alto e un miglior lavoro specifico. Qui adesso riportiamo il caso di sovrapposizione di 2 cicli che usano gas combusti, quindi fondamentalmente aria ed il caso in cui si usa acqua iniettata in macchina.

Vedi che di fatto una modifica delle caratteristiche del fluido, durante l'espansione, io sposto l'espansione verso dx, cambiando le condizioni dell'isobara, quella è l'isobara con condizione di fluido molecolare differenti, a dx hai un ciclo reale e vedi come in entrambi cicli che hai anche una perdita di pressione 2-2'.

L'operazione in questo modello semplice si concentra tutto nel punto di fine compressione, e avrò ovviamente un aumento di portata, otterrò in riferimento alla portata nel punto 1, otterrò una dilatazione del ciclo e questo diventa più grande aumentando il lavoro specifico. Il processo come vedi di 2-2', il processo di mixing è irreversibile e infatti di 2-2' un aumento di entropia, quindi ci sarà si un aumento del rendimento, legato alla migliore espansione del ciclo, ma questo aumento di rendimento a causa delle irreversibilità potrebbe non essere così significativo. Vediamo nel caso reale ci interessa capire cosa succede e dove andiamo, introduciamo quindi i soliti rapporti che ci interessano del ciclo, il rapporto tra le T max e min di ciclo, il parametro v che dice il rapporto tra la T del vapore che miscelo e la T1 di riferimento, il rapporto r che è legato al beta faccio ipotesi di riferimento che sono li

riportate di nuovo dalla definizione di rendimento risalgo alla sua variazione. Succede che abbiamo una variazione di rendimento riferito al rendimento iniziale importante (riquadro rosso, che è la variazione di lavoro utile meno quella del calore fornito, il quale aumenta in questo caso se voglio avere la stessa Tmax ma ho il vapore che non partecipa alla combustione), cambia il lavoro fornito nella misura in cui in espansione ho portata aggiuntiva che va a fare lo stesso salto di T con un Cp mediamente molto più grande. Inoltre sotto abbiamo il lavoro utile di rif. Senza iniezione, diminuito tutto del fatto che SE nel caso di macchina raffreddata, avremo meno lavoro ma un guadagno di rendimento dovuto al minor combustibile iniettato, in questo caso abbiamo un'iniezione di vapore-acqua prima della CC, questo vuol dire che io aggiungo un inerte alla miscela, il vapore non parteciperà alla combustione, il problema è che se io voglio avere la stessa Tmax di ciclo seaggiungoun inerte, ma voglio la stessa Tmax a fine combustione io sono obbligato adintrodurre più combustibile, e quindi qui ho una perdita di rendimento legata al fatto che a sto giro, di combustibile me ne serve di più. Posso quindi sviluppare il conto adimensionalizzando e vedo che la variazione di rendimento dipende dal rapporto tra le portate, il rapporto dei Cp ( e già qui, questo rapporto tra Cp si aggira intorno a 2, quindi moltiplico per 2 il rapporto tra le portate) e poi proprizionale al rapporto v/t-r, dipende quindi dalla Tv del vapore che metto dentro e dalla T del ciclo, poiché t-r è relativo al ciclo di riferimento. Quindi abbiamo una situazione inequivocabilmente positiva: Perché la Tv alle P che abbiamo noi è superiore a T1 e quindi v è positivo, per l'acqua invece non posso definire il termine v, perché quando passiamo dal sistema di rif. Acqua al vapore, il fluido di riferimento per le macchine che

Funzionano a ciclojoule sono i gas, per noi il vapore quindi se lo usiamo in condizioni ambiente questosta allo stato gassoso, e quindi come zero del sistema vapore noi in questo caso flido le condizioni ambiente, qui nel nostro sistema se il vapore in condizioniambientali allo stato gassoso è lo zero l'acqua diciamo è un termine negativo intermini di entalpia di rif. Posso dunque definire un v fittizio infatti diamo come rif ilvapore alla sua T di stursazione moltiplichi per Cp del vapore gli sottrai il calorelatente di vaporizzazione (gamma) e riporti tutto in funzione del CpT1, il calorelatente di vaporizzazione va a diminuire tutta l'entalpia dell'acqua stessa, è una Tche diventa negativa anche se non ha senso, io il calore che io dovrò cedereall'acqua, che io sto dando all'acqua per evaporare dai gas caldi NON LORIPRENDERÒ MAI Più. Perchè quel vapore lo scaricherò all'uscita in forma

gassosa, quindi questa asportazione di calore rende il mio v negativo che rende negativa lavariazione di rendimento, L'INIEZIONE DI ACQUA è COMUNQUE DELETERIA PER IL RENDIMENTO. Erché dovrò aumentare il combustibile per compensare il calore ceduto per evaporare l'acqua che è ben superiore al guadagno di lavoro che potrei avere. In termini di lavoro utile invece poiché la sua variazione è solo dipendente da tau ed r e dal prodotto portata per Cp, è chiaro che qui si guadagna molto più in termini di lavoro specifico di quanto si guadagna in rendimento, e qui il guadagno è sempre positivo, perché v non c'è e quindi non influisce, il fattore moltiplicativo è molto maggiore di portata, il rapporto mv/m sarà 10% e Cpv/Cp sarà ca 2 nel complesso avrò un aumento di potenza che è più del doppio, l'aumento di lavoro specifico è devastante poiché

tutto il fluido nettato è portata aumentata solo in turbina, il lavo