Sistemi energetici e macchine a fluido I - Impianti a gas, parte 6

Esame di SEIMAFI del 16.11.2018

AL TERMINE DELLA PROVA SI DEVE CONSEGNARE SOLAMENTE IL

PRESENTE FOGLIO CON I RISULTATI RIPORTATI NEGLI APPOSITI SPAZI

Corso di Laurea in Ing. Meccanica

nome:...................... cognome: ........................ N=.....

1. Nel sistema cilindro-pistone privo di attriti riportato in figura, avente diametro d = (85 +

N ) mm, il pistone di massa M = (50 + N/10) kg è sospeso con una molla di costante elastica

K = (16 + 0.1N ) kN/m. All’esterno vige la pressione atmosferica (p = 1 bar). All’inizio il

a

−

pistone si trova nella posizione x = (800 N ) mm e l’aria (R = 287.1 J/(kgK), k = 1.4)

i

contenuta all’interno del cilindro è a pressione p = (1.3 + N/100) bar e temperatura T =

i i

− Q da scambiare con l’esterno affinché si riesca

(350 N ) K. Si determini la quantità di calore

a portare la molla a x = 0.9 m. Si determinino inoltre nella condizione finale: la pressione,

f L.

p , la temperatura, T . Infine si determini il lavoro scambiato con il gas,

f f

p =.............bar T =.............K

f f

L=................J Q=.............J

2. Uno stadio intermedio di una turbina assiale ha le seguenti caratteristiche: n = 3000 giri/min;

diametro medio d = (1 + N/100) m; altezza delle pale in ingresso girante l = (10 + N/10) cm;

1

◦ −

condizioni del fluido in ingresso girante α = (22 + N/10) ; c = (210 N ) m/s; ρ =

1 1 1

◦

3

(7 + N/10) kg/m . Sapendo che c = c = c senα , α = 90 , φ = 0.96, ψ = 0.95, calcolare

0 2 1 1 2

il lavoro ottenuto L , la portata smaltita G (ξ = 0.98, η = 1), il grado di reazione, χ, e il

i v

rendimento termodinamico interno η .

θi

L =..........kJ/kg G=..........kg/s χ=.......... η =..........

i θi

3. Un impianto di turbina a gas a ciclo aperto preleva l’aria dall’ambiente (p = 1 bar, T = 295 K)

a a

e presenta le seguenti caratteristiche: portata di aria, G = (200 + 2 N ) kg/s; rapporto di com-

a

pressione β = 21 + N/20; rendimento isoentropico del compressore η = 0.9; temperatura

c

all’uscita del combustore, T = 1600 K (η = 0.99, H = 13000 kcal/kg); rendimento isoentro-

3 b i

pico della turbina, η = 0.9; rendimenti meccanici di turbina e compressore, η = η = 0.99.

t mt mc

Calcolare la potenza utile, P , ed il rendimento globale dell’impianto, η .

u,g g

Tale impianto viene impiegato per costituire un impianto combinato unfired, inviando i gas di

scarico della turbina a gas ad una caldaia a recupero. Le caratteristiche dell’impianto a vapore

(non rigenerativo) sono le seguenti: pressione di vaporizzazione p = 65 bar, entalpia di ingresso

0

in turbina h = 3400 kJ/kg, entalpia di uscita turbina h = 2400 kJ/kg, pressione al condensa-

0 k ◦

tore p = 0.05 bar, rendimento organico η = 0.96. Sapendo che ∆T = (8 + N/10) C,

pinch point

k o

calcolare la portata di vapore, G , ed il rendimento utile dell’impianto combinato, η .

v u,c

P =...................M W η =................... G =...................kg/s η =...................

u,g g v u,c