Macchine e Sistemi Energetici

Macchine e sistemi energetici

Sistema energetico

Fonte primaria:

• Biomasse, eolici
• Fonti petrolio, gas naturale, carbone
• Elettrici, solari, biomasse, geotermico, idroelettrica
• Nucleare

Classificazione macchine

• Agente chimico allo scambio di massa
• Operatrice o motrice

OSS: comprimibilità o no dipende dalla pressione

Macchine e sistemi energetici

06/10/14

Sistema energetico

Fonte primaria:

• Biomasse, rifiuti
• Fonti petrolio, gas naturale, carbone
• Nucleare di origine naturale
• Eoliche, solari, biomasse, geotermico, idroelett.

Alternatori - Trasformatori

Classificazione macchine

• Aperte/chiuse → allo scambio di massa
• Operatrice o motrice

Operatrice - prende energia per fare funzionale pompa, trasporto di potenza

Motrici → da un fluido estraggono energia da utilizzazione

Azioni di scambio delle energie

• Volumetriche/Flusso continuo (turbomacchine)
• Reiterata in un volume (es. non comb.)

Compressore alternatore

• Azione opposta
• Azione retta
• Con organo mobile all'interno

OSS: comprimibilità o no dipende dalla pressione (ma in testa massa nel fluido)

Ciclo

08/10/14

Tento a caratterizzare le prestazioni —> guardo rendimento, effetto utile / spesa... basato su analisi 1° principio.

Esiste anche η_II (II principio)

η_I = E_U / E_{U max} (reversibile) es. (cogenerazione), nel ciclo Rankine

I principio

Definizione di scambio

ΣQ + ΣL = ∆U valida per sistemi chiusi (in un ciclo ∆U = 0) quindi

Integrando nel ciclo: ΣQ = -ΣL —> NO! entra il II principio.

u = 1 - _QOUT / Q_IN (Q_out in non _out)

In formula macros: dq + δL = du (sistema chiuso) con δL = p dV

Dato reversibile quindi: dq - p dV = du (1^a macro velich.)

Def. entropia: ds = _dq / T (reversibile)

altrimenti ds = _dq / T + ξ_μ quindi:

dq = Tds → Tds - pdV = du (valida per REV/IRR)

poiché x REV: Tds = dq

IRR: Tds = dq + δw

Conservazione energia

Applico pistone compress.

sistema aperto:

Ip: - monodimensionale

es. distribuzione velocità semplificata

prendo istante aperto da un att. chiuso visto a t e t + Δt:

segue la massa di controllo (gruppo di atomi fissi) che motrix scambi di energia → applico I principio.

Applico il primo per i sottosistemi chiusi

δQ + δL = ΔE_c

E = E_cm + E_pot + E_int

E_cm = E_cv + S_m ⋅ ε_u ⋅ l_i quindi ΔE_cm = E_cm^t+Δt - E_cm^t

E_cm = E_cv + δ_m ⋅ ε_u

quindi ottimo: ΔE_cm = E_cv^t+Δt + δ_m ⋅ ε ⋅ l_u - E_cv^t - δm_iε_u ⋅ l_i

Uso Taylor: E_cv^t+Δt = E_cv^t + δE_cv / δt ⋅ δt + ...

E_cv^t+δt - E_cv^t = δE_cv / δt ⋅ δt

Sostituendo:

δQ + δL = δE_cv / δt ⋅ δt + δm_u ⋅ ε_u - δm_i ⋅ ε ⋅ l_i

Applico ipotesi monostratta (punti o soggiorni)

L_i = L_Pist + L_lavoro + L_soluto

Volere T_i devo avere pistone fermo.

Quindi: Ip Pistone OFF + Stazionario (δm_i = δm_u)

δQ + δL = δm_i (ε_u - l_i)

δQ + δZ_ab + δL_pc = δm (ε_u - l_i)

Lavoro di pulsione

L_pu = p_i⋅A_i⋅dx_i - p_u⋅A_u⋅dx_u

quindi:

dQ + dL_w + p_iA_idx_i - p_uA_udx_u = dm (en_u - en_i)

dove l_p = p dx A = p V dt A = p V dt = p ^ṁ _ρ dt

quindi:

dQ + dL_w + p ^ṁ _ρi dt - p_u ^ṁ _ρu