Sistemi Energetici (parte 1)

SISTEMI ENERGETICI

TURBOGAS (TG) – TERMODINAMICA

• Tecnologia brevettata intorno al 1890
• Fino agli ‘30 del ‘900 ➔ prime applicaz. pratiche, poi partita in campo aeronautico (militare) ➔ motori turbina molto leggeri risp. ai motori alternativi usati in meccanica sugli aerei, svantaggio: velocità di rotaz. elevate ➔ M_{sollecit. mecc.} sui componenti, inoltre combustione genera molto elevate in modo continuo ➔ M_{sollecit. termiche}

3 componenti fondamentali:

Compressore Combustore Turbina

Sviluppo TG legato principalm. a funzionamento inverso del ciclo Joule – Brayton

CICLO J-B IDEALE

T_max

Lavoro erogato da turbina ➔ lavoro assorbito da compressore ➔ Si può collegare alternatore × sfruttare il surplus di potenza

Per fare questo espansione in turbina dev’ avvenire a t maggiori risp. alla compressione

SISTEMI ENERGETICI

08/10/2020

TURBOGAS (TG) - TERMODINAMICA

• Tecnologia brevettata intorno al 1890
• Fine anni 30 del '900 - prime applicazioni pratiche, poi partito in campo aeronautico (militare) → motori turboreattori leggeri, risp. ai motori alternati usati in meccanica sugli aerei; svantaggio = velocità di rotore elevata → sollecitazioni meccaniche sui componenti, inoltre combustione genera molto elevate in modo continuo → sollecitazioni termiche
• 3 Componenti fondamentali:

Compressore - Combustore - Turbina

• Sviluppo TG legato principalmente a funzionamento del ciclo Joule - Brayton

CICLO J-B IDEALE

Wc Qex p3 = p2

identificabile conduzione ideale

• Lavoro erogato da turbina → lavoro assorbito da compressore → Si può collegare alternatore per sfruttare il surplus di potenza
• Per fare questo espansione in turbina deve avvenire a T maggiori respecto alla compressione
• press metteva rispetto pressuna

Dal grafico si vede che le isobare tendono a divergere.

Diff. di temperatura e di entalpia tra i pt. 3 e 4 è maggiore di quella tra i pt. 1 e 2.

Ip.:

• Ciclo chiuso → Portata di fluido è sempre la stessa.
• Fluido di lavoro è un gas perfetto quasi ideale con γ cost.
• Macchine ideali transf. adiabatiche reversibili.
• No perdite di carico in condotti e scambi di calore.
• No scambi termici al di fuori degli scambi stessi.

Nella pratica fluido usato in ciclo J-B è aria.

• Non ha senso avere scambi calore e reintroduzione l’aria (conviene scaricare in atmosfera e usare aria nuova).

CICLO APERTO

Inoltre, non c'è scambio calore che trasferisce il calore ad aria → si usa aria come comburente in una trasf. di combustione da avvenire in un combustore.

1. Portata non è più la stessa in tutti i componenti (in turbina si espandono gas combusti/fumi: non più semplice aria).

→ _dGt = _fS1 – _fSc : _fLt – _fLa . ^lLa = ^fLt . _lSc = _fSc

Lavori piccoli

Vantaggio di effettuare combustione interna è riduz.

ingombri. Rispetto a usare Scambi. Calore (da utilizzare

robustezza scambi di scambio molto estese (non va bene

per appl. aeronatuiche)

Prestazioni

• Lavoro utile (W_u)
• Rendimento (n)

CONVENZIONI (simbologia usata):

• L_W = lavoro (in meccanica)
• L_Q = calore (in termica)
• l_w = lavoro massico (o specifico)
• l_q = calore massico (o specifico)
• P_w = potenza mecc.
• Q_. = potenza termica
• W_. = potenza massica

N.B. rendimento ➔ 2 Concetti Completam. diversi

• Rend. di macchine: rapporto tra potenza macchina reale
• e macchina ideale
• Rend. di ciclo: rapporto tra energia primaria immessa
• e energia convertita ottenuta

sist. energetico

E_P energia primaria

E_C energia convertita (utile)

• fossile
• rinnovabile

• elettrica
• termica
• meccanica

"Power generation" ➔ termine improprio (potenza/energia in realtà non si generano, si convertono da altre forme di energia preesistenti ➔ es.: primaria)

sist. energetico è qualsiasi cosa converta una fonte di energia primaria in una forma di energia di una qualche utilità

Rendim. di conversione ➔ γ_conv = E_C/E_P

Energia dissipata ➔ E_D = E_P - E_C

conta quanta e