Macchine e sistemi energetici

CICLO OTTO

Per un motore a ciclo Otto 2 tempi e 4 cilindri sono noti i seguenti dati:

• Diametro: 70mm
• Corsa: 80mm
• Coppia massima: 90 Nm alla velocità di rotazione di 5000 rpm
• Rendimento globale: 35%

Si determini la potenza erogata al regime di massima coppia e la relativa pressione media effettiva. Noto il potere calorifico del combustibile pari a 38 MJ/kg si calcoli il tempo di funzionamento al regime di massima coppia avendo a disposizione una massa di combustibile pari a 150 kg.

IMPIANTO A VAPORE 1

Un impianto a vapore opera tra la pressione di condensazione di 0.01 MPa e la pressione di vaporizzazione di 14 MPa. La portata di vapore pari a 200 kg/s prima di entrare in turbina è surriscaldata fino alla temperatura di 500°C.

Disegnare lo schema dell'impianto e riportare il ciclo su un diagramma termodinamico qualitativo. Considerando la trasformazione nella pompa come isoentropica e assumendo un rendimento isoentropico di espansione uguale a 0.8.

calcoli:

• Rendimento del ciclo termodinamico
• Potenza meccanica considerando il rendimento organico pari a 0.95
• Il rendimento termodinamico del ciclo di Carnot operante tra le stesse temperature (lo si confronti con il rendimento trovato al primo punto e si commenti il risultato).

IMPIANTO A VAPORE 2

Un impianto a vapore opera tra la pressione di condensazione di 2 bar e la pressione di vaporizzazione di 30 bar. Il vapore prima di entrare in turbina è surriscaldato fino alla temperatura di 500 C. L'impianto eroga una potenza elettrica di 10 MW.

Disegnare lo schema dell'impianto e riportare il ciclo su un diagramma termodinamico qualitativo

Considerando un rendimento isoentropico di compressione pari a 0.75 e quello di espansione uguale a 0.8 si calcoli:

• Rendimento del ciclo termodinamico
• La portata di vapore considerando il rendimento organico pari a 0.95 e il rendimento elettrico pari a 0.98
• Il rendimento termodinamico del ciclo di Carnot operante

tra gli stessi estremi ditemperatura (lo si confronti con il rendimento trovato al primo punto e si commenti il risultato).

IMPIANTO A VAPORE 3

Un impianto a vapore opera tra la pressione di condensazione di 2 bar e la pressione divaporizzazione di 30 bar. Il vapore prima di entrare in turbina è surriscaldato fino alla temperaturadi 500 C. L'impianto eroga una potenza elettrica di 10 MW.

Disegnare lo schema dell'impianto e riportare il ciclo su un diagramma termodinamico qualitativo

Considerando le trasformazioni che avvengono nella pompa e nella turbina come isoentropiche sicalcoli:

• Rendimento del ciclo termodinamico
• La portata di vapore considerando il rendimento organico pari a 0-95 e il rendimento elettrico pari a 0.98
• La portata di combustibile considerando un rendimento del generatore di vapore paria a 0.91 e un potere calorifico del combustibile pari a 50000 kJ/kg.

IMPIANTO A VAPORE 4

Un impianto a vapore opera tra la pressione di

1. Condensazione di 2 bar e pressione di vaporizzazione di 30 bar.
2. Vapore saturo entra in turbina.
3. Impianto eroga una potenza elettrica di 10 MW.

Schema dell'impianto:

Ciclo su un diagramma termodinamico qualitativo:

Calcoli:

• Rendimento del ciclo termodinamico
• Portata di vapore considerando il rendimento organico pari a 0.95 e il rendimento elettrico pari a 0.98
• Rendimento del ciclo di Carnot operante agli stessi estremi di temperatura.

IMPIANTO A VAPORE 5

Un impianto a vapore opera tra la pressione di condensazione di 0.1 bar e la pressione di vaporizzazione di 140 bar. La portata di vapore prima di entrare in turbina è di 100 kg/s ed è surriscaldata fino alla temperatura di 500°C.

Calcoli:

• Rendimento del ciclo termodinamico
• Potenza elettrica considerando il rendimento organico pari a 0.95 e il rendimento elettrico pari a 0.98

elettrico• pari a 0.98;

La portata di combustibile noto il rendimento del generatore di vapore pari a 0,91 e il• potere calorifico del combustibile pari a 500 kJ/kg

MOTORE DIESEL 2 TEMPI 4 CILINDRI

Per un motore a ciclo Diesel 2 tempi e 4 cilindri sono noti i seguenti dati:

• Diametro 0.15 m•
• Corsa 100 mm•
• Coppia massima 500 Nm alla velocità di rotazione di 1500 rpm•
• Rendimento globale 35%•

Si determini la potenza erogata al regime di massima coppia e la relativa pressione media effettiva. Noto il potere calorifico del combustibile pari a 38 MJ/kg si calcoli la massa di combustibile in 4 ore di funzionamento al regime di massima coppia.

MOTORE DIESEL 4 TEMPI 2 CILINDRI

Per un motore a ciclo Diesel 4 tempi e 2 cilindri sono noti i seguenti dati:

• Diametro 0.15 m•
• Corsa 100 mm•
• Potenza massima 75 kW alla velocità di rotazione di 1500 rpm•
• Rendimento globale 35%•

Si determini la coppia erogata al regime di massima

potenza e la relativa pressione mediaeffettiva. Noto il potere calorifico del combustibile paria 38 MJ/kg si calcoli la massa dicombustibile consumata per produrre 200 kWh al regime di massima potenza.

MOTORE DIESE 4 TEMPI 4 CILINDRI

Per un motore a ciclo Diesel 4 tempi e 4 cilindri sono noti i seguenti dati :

• Diametro 70 mm
• Corsa 80 mm
• Potenza massima 50 kW alla velocità di rotazione 5500 rpm
• Rendimento globale 35 %

Si determini la coppia erogata al regime di massima potenza e la relativa pressione mediaeffettiva. Noto il calore calorifico del combustibile pari a 38 MJ/kg si calcoli la massa dicombustibile consumata in 10 ore di funzionamento

MOTORE ENDOTERMICO 1

Da un motore endotermico alternativo sovralimentato ed interrefrigerato montato a banco frenosono misurati :

• Potenza massima pari a 150 kW alla velocità di 2660 rpm
• Consumo specifico di combustibile (LHV=43300 kJ/kg) pari a 60,3 g/MJ
• Portata dell’acqua di

raffreddamento pari a 2.75 kg/s con un salto di temperatura di 6 K;

• Portata aria aspirata pari a 0.23 kg/s;
• Temperatura gas in uscita allo scarico 520 C a fronte di una temperatura ambiente di 15 C;

Determinare

• Il rendimento totale del motore;
• La potenza asportata dal liquido di raffreddamento;
• La potenza persa con i gas di scarico;
• Quanta potenza manca all'appello ed ipotizzare dove possa essere finita.
• Si assumano i calori specifici dell'aria e dell'acqua pari a 1.16 kJ/kgK e 4.1868 kJ/kgK rispettivamente.

MOTORE ENDOTERMICO 2

Da un motore endotermico alternativo sovralimentato ed interrefrigerato montato a banco freno sono misurati:

• Potenza massima pari a 150 kW alla velocità di 3000 rpm;
• Consumo specifico di combustibile (LHV=43300 kJ/kg) pari a 217,1 g/MJ;
• Portata del liquido di raffreddamento (miscela acqua-glicole al 30%) pari a 3.1 kg/s con un salto di temperatura di 6 K.

MOTORE ENDOTERMICO 3

Da un motore endotermico alternativo sovralimentato ed interrefrigerato montato a banco freno sono misurati:

• Potenza massima pari a 150 kW alla velocità di 2660 rpm;
• Consumo specifico di combustibile (LHV=43300 kJ/kg) pari a 60,3 g/MJ;
• Portata dell'acqua di raffreddamento pari a 2.75 kg/s con un salto di temperatura di 6°C;
• Portata aria aspirata pari a 0.23 kg/s;
• Temperatura gas in uscita allo scarico 520°C a fronte di una temperatura ambiente di 15°C.

Determinare:

• Il rendimento totale del motore;
• La potenza asportata dal liquido di raffreddamento;
• La potenza persa con i gas di scarico;
• La massa di combustibile necessaria a far funzionare il motore per 10 ore.

Si assumano i calori specifici dell'aria e dell'acqua pari a 1.16 kJ/kgK e 4.1868 kJ/kgK rispettivamente.

ambiente di 288 K; Determinare - Il rendimento totale del motore; - La potenza asportata dal liquido di raffreddamento; - La potenza persa con i gas di scarico; - Il rendimento di primo principio ipotizzando di recuperare il 75% della potenza scaricata coi fumi. Si assumano i calori specifici dell'aria e dell'acqua pari a 1.16 kJ/kgK e 4.1868 kJ/kgK rispettivamente. MOTORE MONOCILINDRICO Per un motore monocilindrico 2 tempi ad accensione comandata sono noti i seguenti dati: - Diametro 0.15 mm; - Corsa 100 mm; - Potenza massima 5 kW alla velocità di rotazione di 1500 rpm; - Rendimento globale 35%. Si determini la coppia erogata al regime di massima potenza e la relativa pressione media effettiva. Noto il potere calorifico del combustibile pari a 38 MJ/kg, si calcoli quanto tempo possa funzionare il motore al regime di massima potenza con 50 kg di combustibile. POMPA CENTRIFUGA 1 Il funzionamento di una pompa centrifuga alla

velocità di rotazione di 1500 rpm è descritto dalleseguenti curve caratteristiche

Si disegnino le curve caratteristiche su un piano coordinato (riportando variabili e unità di misuranegli assi) riportando almeno 5 punti per ognuna e si individui graficamente il punto difunzionamento. densità̀

Si calcoli la potenza assorbita assumendo un valore di pari a 1000 kg/m^3

Ipotizzando un rendimento elettrico del motore di 0.98 si calcoli la potenza elettrica necessaria.

POMPA CENTRIFUGA 2

Il funzionamento di una pompa centrifuga alla velocità di rotazione di 1500 rpm è descritto dalleseguenti curve caratteristiche

Si disegnino la curva caratteristica della pompa operante a 1750 rpm e la curva resistente delcircuito su un piano coordinato (riportando variabili e unità di misura negli assi) utilizzando almeno5 punti per ognuna e si individui graficamente il punto di funzionamento.

Si calcoli l’energia elettrica assorbita per elaborare 10 kg di

fluido a densità pari a 1000 kg/m³ e assumendo un valore di rendimento della pompa di 0.8 e di rendimento elettrico del motore di 0.98.

POMPA CENTRIFUGA 3

Il funzionamento di una pompa centrifuga alla velocità di rotazione di 1500 rpm è descritto dalle seguenti curve caratteristiche:

Si disegnino le curve caratteristiche su un piano coordinato (riportando variabili e unità di misura negli assi) utilizzando almeno 5 punti per ognuna e si individui graficamente il punto di funzionamento considerando la pompa operante a 1750 rpm.

Si calcoli la massa di fluido elaborata (densità pari a 1000 kg/m³ e assumendo un valore di rendimento della pompa di 0.8 e di rendimento elettrico del motore di 0.98) impiegando 5 kWh elettrica.

POMPA CENTRIFUGA 4