Appunti di Centrali termiche

Centrali termiche

CENTRALI TERMICHE

λ = 2400 ÷ 2500 kJ/kgcalore latente acqua bassa pressioneelevato coefficiente d’asporto dalla parete metallica (T_f1=T_punto)

Sono due caratteristiche dell’acqua che la rendono ottima come fluido nelle centrali termiche.

V = 4000 ÷ 5000 m³CAMERA DI COMBUSTIONEnella quale la distribuzione di temperatura si può studiare solo con Monte Carlo o altri metodi.

BILANCIO CALORE

g_asasporta ΔT_gasasporto = L_vaparete ΔT_vaparete⇒ ΔT_gasporto = 500 ΔT_vaparete

q = k ΔT_tot⇒ k = 1 / (1/α_g,p + λ/S + 1/α_vapt)

L'acqua mantiene bene le temperature.

Potenza

G_w Δh = η_e G_c PCI

Una grosse centrale ha

• 1 corpo AO
• 2 corpi MP
• 4 corpi BP

intervallati da surriscaldamento

Δp = 170 ÷ 180 bar

mentre il titolo di vapore x = m_vap / mot = m_vap / m_vap+mes

e l'entalpia e entropia

h = h_v x + h_e (1-x) => h = h_e + (h_a-h_e) x

s = s_v x + s_e (1-x)

Processo

ρ = 0,05 bar

32°C

Qui col esempio non sarebbe necessario

A pressioni più elevate sono necessari i surriscaldamenti, se facessi

espansione completa avrei picchi a 200 m/s in turbina.

Δh = Δh_eee + Δh_vap + Δh_sum + Δh_esum

le che si moltiplica per G_w sfiammato

riprendo la potenza

G_v Δh_i = M_G G_v · Hi

→ G_g Δh_g

^{potenza chimica del comb.}

^{potenza della H₂O}

K S ΔT

scambio tra due fluidi (acqua e gas combusti)

trasm. globale

sup. generatore di calore

ESERCIZIO

considero 1 m³ e 100 tubi lunghi 1 m

− metto 10 tubi per ogni lato −

tubo sì, tubo no D = ¹/_{10 · 2}

la superficie di scambio di un tubo S = πDL = π · 0,05 · 1 ≈ 0,16

quindi quella di tutti i tubi è 16 m²

⇒ δ = 16 m²/m³

DENSITÀ VOLUMICA

ma io necessito di scambiatori dove possano entrare più tubi (300 ÷ 400)

Il processo di combustione implica rilascio di gas e quindi calore, dato dall’ossidazione di un componente con un combustibile. Lo zolfo n’importante per l’inquinamento e per l’apporto calorico.

Vediamo i: Combustibili con carbonio e idrogeno in misclina non precisa [C_nH_m]

mentre gli idrocarburi [C_mH_n]

che hanno una disposizione ben precisa.

- il combustibile e l’ossigeno contimento nell’aria (consideriamo ossigeno e azoto)

• O₂=23,2% rapporto 3,31 N₂=76,8%
• O₂=21% rap. 3,76 N₂=79%

C + O₂ = CO₂ masse molari

12 kg + 32 kg = 44 kg = 1 + ⁸/₃ = ¹¹/₂ = 3,67 kg CO₂

• per ogni kg di C

La mole di carbonio solido è molto piccola quindi trascurabile per avere reazione isovolumica.

Quanto occupa il prodotto della reazione? *volume reagente*

v = 22,4 ^Nm3/_{kg di C} → 3,67 · ^22,4/₄₄ = 1,867 ^Nm3/_{kg di C}

H_i(carbonio) = 80,50 però non è mai in forma pura

• da 21,4 moli^Nm3/_{kg Kmole}
• e 41 kg Kmole

maggiore di quello del carbone che è misto di elementi

abbiamo detto che 1Kg C → 3,67 CO₂ ovvero 1,867 Nm³mentre ₁/³ = 3,31 N₂ = 8,83

quindi 1Kg di gas sono 12,50 kg con un volume pari a 7,107 + 1,867 = 8,937 Nm³ di prodotti di combustione

quindi 1Kg_C → 12,5 kg e 8,34 Nm³

1Kg H₂ → 9 kg e 32,7 Nm³+26,48 N₂ {3,31} = 35,48

C + O₂ → CO₂

l'idrogeno è molto più energetico del carbonio, ma è maggiormente comburente richiede 3 volte l'ossigeno rispetto quello richiesto del carbonio.

Siccome G_cH_i → G_gΔHg → G_g/G_c=10,26 → Δhg = ⁶⁵⁰⁰/_10,26 = 625

per questo raggiunge temperature elevate.

→ IDROCARBURI

ALIFATICI

H|

H — C — H|

H — C — H|H

formula di struttura in catene

ALIFATICI PARAFFINI C_mH_2m+2 in serie che hanno una

OLEFINE C_mH_2m

ACETILENE C_mH_2m-2 con m = 2m+2 etc

CO₂ è 1 Kmole

V_CO2 → 71,4 N/m³/kg_CH4 mentre V_g = 10,52 N/m³/kg_CH4

2* = 1/10,52 = 0,095

rapporto Kmole CO₂ rispetto Kmole dei fumi

C₃H₈ + 5O₂ = 3CO₂ + 4H₂O + 5,3·3,76N₂

quindi 1Kmole di propano → 25,8 mole

C/H DEGLI IDROCARBURI

C_mH_n

C/H = 12m/n

C/H

acidi e paraffine tendono a

CURVA DEI COMPOSTI

PARAFFINI

(n = 2m + 2)

se m ↑ → asintoto m=2n

Combustioni non stechiometrica (aria in eccesso)

difficilmente e > 1,2, mentre prima curvava anche a 1,8

nel caso di un eccesso

V_g = ⁴⁴⁄₁₂C + 8H + 5S + ^3,31⁄_e[^22,4⁄₃₂]

cosa succede al metano?

CH₄ + 2 e O₂ + 3,76 · 2e N₂ = CO₂ + 2 H₂O + 7,52e N₂ + 2( e - 1 ) O₂

V_g = 3 + 7,52e + 2e - 2 = 1 + 9,52e

α* = ^V_O2⁄_Vg = ⁄_10,52 ~ 0,905

α' = ^V_CO2⁄_Vg = ¹⁄_{1 + 9,52e} ~ ¹⁄_14,47 ~ 1,04 (se e = 1,1)

Reazione isovolumica in condizioni anisotermi

Non corrispondono!

Messa in pressione di un impianto

L'acqua liquida che viene riscaldata, è quasi sempre a pressione costante, salvo ovvie perdite di carico. Tuttavia abbiamo un isobara nel processo.

Quindi devo portare il liquido ad una determinata pressione con una pompa o per via termica.

Volume V

mentre la massa della fase liquida

m_L = V_L / V_S in cui il volume specifico è delle fasi sature ad una determinata pressione

m_A = V_A / V_S

Conosco massa complessiva e volume totale, allora conosco il volume specifico della miscela

v_x = V / M → massa complessiva sistema

dopo di che chiudo le due luci (entrata e uscita) e tutto quello che avviene è sull’isobara

suppongo di sapere il calore fornito nell’unità di tempo

dati di una combustione

⍺=0,085

⍺ = 2+⍺^*

_⍺/e

=0,23

³/₂ +0,21_e-¹

=

^0,116/e -0,085

=

2^0,116/e

⍺

2⍺

-0,085⍺; ⍺ = e_⍺

quindi ⍺-44=3

=

y =

x_⍺ = -e

⍺

^{2,3CO₂ + 0,57CO+4H₂O+}

C₃H₈ + 5

=18, 8_P

⍺_max =

⍺_O=⍺^*/₂ PUNTO B

⍺⍺

y

(P)