Esercizi Turbine a Gas (Sistemi energetici)

Nome e Cognome Numero di Matricola

o la potenza assorbita dal compressore di bassa pressione (P ), la potenza

Corso di Sistemi Energetici: Compito 2 – 03/05/2021 CBP

assorbita dal compressore di media pressione (P ), la potenza assorbita dal

CMP

compressore di alta pressione (P ); la potenza generata dalla turbina di alta

ESERCIZIO 1 CAP

DATI (P ) e di bassa pressione (P ) e quella estratta dalla turbina TP (P );

Sia dato l’impianto turbina a gas riportato in Figura TAP TBP TP

Pa

p =p 101325

1 9 o il rendimento globale dell’impianto ( ).

A. All’uscita della turbina di alta pressione TAP, è TAG

K

T 288.15

1

presente un analizzatore di fumi che rileva la Figura A

J/(kg K)

c 1007 P

P

seguente composizione in volume, su base secca: p,aria -

γ 1.4

• CO = 0.0 % aria

c 1200 J/(kg K)

• p,fumi

CO = 3.952 %

2 γ 1.32 -

• fumi

O = 15.345 %

2 W 28.97 kg/kmol

aria

CC1

La temperatura all’uscita della è uguale alla W 16 kg/kmol

CH4

T6

temperatura . La perdita di pressione percentuale 2.5 -

CBP

e il rendimento della camera di combustione sono 1.8 -

CMP

p .

rispettivamente e Si trascurino le perdite di

cc cc η 0.87 -

CBP

pressione all’interno dell’intercooler SC e si assuma il η 0.85 -

c CMP

calore specifico dell’acqua costante pari a . Sono

,H2O η 0.85 -

dati inoltre i rendimenti isoentropici di CBP, CMP, CAP

η 0.99 -

CAP TAP TBP TP

, , e , il rapporto di compressione CC

η 0.88 -

β di CBP ed il rapporto di compressione β TAP

CBP CMP η 0.88 -

di CMP . TBP

η 0.9 -

Inoltre, è nota la portata di fumi elaborata TP

Δp 4 %

m CH

dall’impianto . Si consideri metano ( ) come CC

fumi 4 LHV 47 MJ/kg

combustibile. Si richiede di:

• T 1400 K

Tracciare il ciclo termodinamico su di un 6

diagramma T-s, indicando gli stati termodinamici m 235 kg/s

fumi

corrispondenti ai punti da 1 a 9; T 17 °C

H2O,in

e

• Tracciare il diagramma T-%Q per lo scambiatore T 304 K ESERCIZIO 2

H2O,out

SC Si assumano i dati della tabella precedente e si consideri l’impianto di riportato in

c 4.1870 KJ/(kg K)

,H2O

• Calcolare: Figura B, dove l’intercooler è stato spostato come illustrato tra il compressore

m 280 kg/s

H2O

o le condizioni termodinamiche del fluido di CBP CMP.

e il compressore

lavoro in tutti i punti indicati; Si richiede di:

o e ΔT SC •

il rapporto di compressione totale e il allo scambiatore ; Calcolare:

TOT pp,SC o Il nuovo rapporto di compressione totale ;

o m TOT

la portata di aria m e la portata di combustibile in ingresso alla

fuel

a o la potenza assorbita dal compressore di bassa pressione (P ), la potenza

φ CBP

camera di combustione. Calcolare inoltre il rapporto di equivalenza e assorbita dal compressore di media pressione (P ), la potenza assorbita dal

CMP

l’eccesso d’aria ε della miscela aria/combustibile utilizzata (ricordando che compressore di alta pressione (P )

CAP

ε

per l’eccesso d’aria , al denominatore compare α stechiometrico);

st

Nome e Cognome Numero di Matricola

288.15 101325

387.26 253312.5

• La variazione introdotta, porta ad un miglioramento o ad un peggioramento 470.60 455962.5

del rendimento dell’impianto? Spiegare brevemente e in maniera schematica

la motivazione 400.63 455962.5

584.37 980802.3

Figura B 1400 895879.8

1248.80 522008.3

1098.66 284781.9

879.54 101325

230.45

inarca Wasp 22.9998

4.55

incita viene19.3401

wear 42.6393

wrap 42.6384

Wrap 42.3395

vien 61.7918

7 0.2889

0.34

Y i.am

e

riot

9.68

Atp k

110.48

coMPREss0RECB

PREssi0NEP Pcpp Per

s 253312.5Pa

Pz

_PpI_2 101325

Ta

TEMPERATURA

TRA

SF ISENTR

1 2

Appross 4

a

1.7

253312.5 K

374.38

È Tais

j 101325 K

This 387.26

288.15

0.87 374.38 1

Ncap 2

ta

Ta 288.15

ta

CMP

COMPRESSORE

pressione 455962.5 Pa

E

1.8 P

e

Poup 253312.5

2

TEMPERATURAT

la TRACE 3

APPROSS 2

iseNTR o. t

1 458.10

ts.is K

II 455962.5

È 5

253312 60

470 k

458.10 387.26

0.85 13

ftp.f

Ycmp 26

Ts 387

cAMERAC0MBUSTIONe

BllANCl aCHqtbf0zt3 6N

Z tolto

3.952CO2 15.3450 Ne

te

3.952

C

BILANCIO a D 7.904

H 3.952

BILANCIO b

7.904

ab

0 t

2 3.952 23.249

a

BILANCIO 15.345 43.708

N e

e

se

BILANCIO 3.76 23.249

RAPPORTOARIA.com

3USTlB Ona 28

11 3.76

1 3.76 23

2,429

tua WARI 6975

28

Amass Kgaria

50

281.697L

Wcita cita

Kg

temperatura

BILANCIOENTALPICOCCI Ts

LAV 1 Cp

amassi Tg

Ma n Fs

50.6975 584.37K

1,00711,200

1

0.99 Ts

47000 11400

PORTATAARI XMAS.sn rinata

vinaria 6975

50

rimarc no Ìn

non 235

non ARIA

ARIA

chi FUMI Kgb

230.45

non e

aria

intercooler

TEMPERATURAT MI vinaria

Crafts

ta

TA t

IN

out

Hao 470.60

280 230.45 Ti

4.187 17 63

273.15

304 17 400 k

007

ECAP

COMPRESSOR

pressione Fai

Falsi K

Fs

0.85 556.81

Ncap is

584.37 400.63

Ts ti Pa

933208.1

Ps

IÌ

È TÈ

7

ALBEROALTAPRESSIONE

TEMPERATURAT MI

Ts Ta sintomi Ta

tg

Cp Cp

a

ARIA e 1.200

584.37 Ta 1248.8k

235 1400

230.45 400.63

1.007 t

pressione

Ps Po 96

100 Po 933208.1in

Pg 96 Po

933208.1 100 895879.78

100

TURBINATATI

pressione

T6 14001248.8T This 1228.18 k

0.88

Mrap This

1400

ta

Tg is

se I.IT

ep7 Pa

Pt Pt 522008 32

ffff8

Po 895879.78

ALBEROBASSAPRESSIONE

temperatura

twerp

Wasp

WTBP MI

T

inermi Ta Tn

t

Cp 8

Fumi ARIA a

p 470.6 288.15

To 1098.66k

235 1.007

230.45

1.2 Tse

1248.8

pressione 88 1248.8

T7 K

1078 19

0 1098.66 17

µ is

p 1248.8 This

Ta tris Po

PE Po 284781.88

to TÈ 522008.3

TVRBINAT APPROSSTRASF8 9ISENT o.se

È 855 19k

25

1013 Tg

IÌ È 0

284781.9 879.54k

0.9 Tg

effetto È

f

Mtp È

RAPP.COMPR.TO 1.8

2.5 2.5

1.8

Ptot BcBpPcnpPcap 980802. 455962

5

9.68

Dtpp T

INTERCOOLER

DI Ts 166

470

Ta 6

304

6 K Ts

e

at pa

t

Ata 63

ta too a 110

µ Kaj

DI

DT2 DI K

7 48

Dtp 110 ta in

PORTATACOMBUSTIB MI

in Is

4 55

235 230.45

impuni kg

aria

RAPPORTOSTEC.tt

OMET

BllANCl CxHyt N

3.76

0 t 02

X f

t Hao 3.76 Na

Xt

t 1

1

a

y Wa 3.76

3.76 17.24

1 2 1

t

Xt t

Os 28in

Watt

RAPPORTOdiEQUNALENZ

µ 1 t.la 34

0

6975

so

eclessod.at 941

17.24

50.6975 1

E 17.24

POTENZ .POTCB V.ve

vinaria kW

Tr 78

Tn 22999

pa

POTEI in kW

19340 14

Tr

e Tg

ARIA RA

cup

poi

o mi

Wear kW

t 42639.28

Tg

CRA

aria

POTTA Wtap

mit LA

42638.4k

Ta

Tg

umcp.fm UGUALI

POTTB WTBP

mifvnic.pl 48kW

42339

Tp

Ta

Fumi W.cbptw.cn 42339.92

p

POTT Wtp ftp 84

mnfunicp.fm kW

61791

Tg

RENDIMENTOIMPIANT NE

Ù 61791.84C 2889

0

47000

4.55

L 288.15 101325

E 387.26 253312.5

5

il PUNTO 253312.5

317.29

P

Pa

Assumendo 385.54 455962.5

DOVREBBE

NON 37980802.3

584

1

VARIARE 1400 8

895879

17 INTERCOOLER 1248.80 522008.3

1098.66 284781.9

RAI3

TEMPER 879.54 101325

ÌN

vinto Ta Ta Ts

TAN

4 ARIACRA

out

280 387.26

230.45

4.187 1.007 Ts

304 273.15

171

29K

317

t

COMPRESSORE .pl

EsslONEP Pcmp 11 455962.5

1.8 Pq

Pj 0

253312.5

TEMPERATURA O 4

1 375.3k

4559625 This

È 0

gatto 5

253312

This 0.85 385.5N

Ti

Hemp 7.229

375,2 0

3

Tra

Ti

RAPP.COMPR.TO 1.8

5

2

Ptot VIENE

BcBpBcnpPIf UGUALE

al VECCHIO

te

potc

B WCBP kW

78

22999

nnariacp.la Ta Tp e

potCM VVcmp

nnarialqal.tt 15838 kW

Ts 31

POTCA WCA.ro

in kW

46141 12

Ta

Ts

aria pia

La il

VARIA INTRODOTTA

7 MIGLIORA PEGGIORA

e

RENDIMENTO PERCHÉ AUMENTA

il RENDIMENTO

PEGGIORA dell'ALBERO Press

la ALTA

POTENZA di

In 6

13

2

Nome e Cognome Numero di Matricola

o la potenza assorbita dal compressore di bassa pressione (P ), la potenza

Corso di Sistemi Energetici: Compito 2 – 03/05/2021 CBP

assorbita dal compressore di media pressione (P ), la potenza assorbita dal

CMP

compressore di alta pressione (P ); la potenza generata dalla turbina di alta

ESERCIZIO 1 CAP

DATI (P ) e di bassa pressione (P ) e quella estratta dalla turbina TP (P );

Sia dato l’impianto turbina a gas riportato in Figura TAP TBP TP

Pa

p =p 101325

1 9 o il rendimento globale dell’impianto ( ).

A. All’uscita della turbina di alta pressione TAP, è TAG

K

T 288.15

1

presente un analizzatore di fumi che rileva la Figura A

J/(kg K)

c 1007

seguente composizione in volume, su base secca: p,aria B

-

γ 1.4

• CO = 0.0 % aria

c 1200 J/(kg K)

• p,fumi

CO = 3.952 %

2 γ 1.32 -

• fumi

O = 15.345 %

2 W 28.97 kg/kmol

aria

CC1

La temperatura all’uscita della è uguale alla W 16 kg/kmol

CH4

T6

temperatura . La perdita di pressione percentuale 2.5 -

CBP

e il rendimento della camera di combustione sono 1.8 -

CMP

p .

rispettivamente e Si trascurino le perdite di

cc cc η 0.87 -

CBP

pressione all’interno dell’intercooler SC e si assuma il η 0.85 -

c CMP

calore specifico dell’acqua costante pari a . Sono

,H2O η 0.85 -

dati inoltre i rendimenti isoentropici di CBP, CMP, CAP

η 0.99 -

CAP TAP TBP TP

, , e , il rapporto di compressione CC

η 0.88 -

β di CBP ed il rapporto di compressione β TAP

CBP CMP η 0.88 -

di CMP . TBP

η 0.9 -

Inoltre, è nota la portata di fumi elaborata TP

Δp 4 %

m CH

dall’impianto . Si consideri metano ( ) come CC

fumi 4 LHV 47 MJ/kg

combustibile. Si richiede di:

• T 1400 K

Tracciare il ciclo termodinamico su di un 6

diagramma T-s, indicando gli stati termodinamici m 235 kg/s

fumi

corrispondenti ai punti da 1 a 9; T 17 °C

H2O,in

• Tracciare il diagramma T-%Q per lo scambiatore T 304 K ESERCIZIO 2

H2O,out

SC Si assumano i dati della tabella precedente e si consideri l’impianto di riportato in

c 4.1870 KJ/(kg K)

,H2O

• Calcolare: Figura B, dove l’intercooler è stato spostato come illustrato tra il compressore

m 280 kg/s

H2O

o le condizioni termodinamiche del fluido di CBP CMP.

e il compressore

lavoro in tutti i punti indicati; Si richiede di:

o e ΔT SC •

il rapporto di compressione totale e il allo scambiatore ; Calcolare:

TOT pp,SC o Il nuovo rapporto di compressione totale ;

o m TOT

la portata di aria m e la portata di combustibile in ingresso alla

fuel

a o la potenza assorbita dal compressore di bassa pressione (P ), la potenza

φ CBP

camera di combustione. Calcolare inoltre il rapporto di equivalenza e assorbita dal compressore di media pressione (P ), la potenza assorbita dal

CMP

l’eccesso d’aria ε della miscela aria/combustibile utilizzata (ricordando che compressore di alta pressione (P )

CAP

ε

per l’eccesso d’aria , al denominatore compare α stechiometrico);

st

Nome e Cognome Numero di Matricola horses

288.15

387.26 253312.5

• La variazione introdotta, porta ad un miglioramento o ad un peggioramento 470.58

del rendimento dell’impianto? Spiegare brevemente e in maniera schematica 455962.5

la motivazione 455962.5

400.61

584.41 1443641.5

Figura B 1400 1385895.8

1248.75 807394

440480

1098.62 noises

802.29

mia 230.45

inf 4.55

Esso

COMPRESSORECBP

PRESSION R Pz 253312

2.5

101325 Pa

5

Pj

p Ì

TEMPERATURAT TTII K

374.38

5 Tris

2

È IIs 374.38

0.87 288.15 7 387.26

Ncap Ta 288.15

COMPRES

ecn .presslonep fc.no

Ps Pic

455962

312.5 5

253 8

Pj 1

TEMPERATUR TISI

ÌAÌ Tris 08

458

1.8

te K

387.26 458.08 387.26

Trio 0.85 T 470.5

4cm 7

p 387

Ta

Ts 26

Ta

CAMERACOUBUSTION

BILANCIO

a.CH b 3.76

0 Na UN

3.952

t

t CO2 gita

4 15.34502 2

3.952

C a

BILANCIO 7.904

A

BILANCIO fa 2a

2g g 46.498

2b t 15.345

BILANCIO 23.952 2

0 top

b 23 249

RAPPORTOARIACOMBUSTIBIL NNAI

50.70

3.76 Warta

t

1 Womb

TEMPERATUR NI

LAV Ts

1 to

at Cnn 584

l5 Fs

7 K

41

51

0.99 1400

47000 1.00ft

PORTATAARI Xnajnnap.ca stiate

Nini n

50.7

MI in

sintomi 235

AMA

cita ARIA

ti

vinaria 230 45 K

PORTATACOMBUSTIBILE rinata

jiffy 4.55 Is

amasse rinata Kg

270ITL

amass

INTERCOOLE .TEMPERATURAT mtn.ro mia

Ta t

T

ta Cpa

in

Citro out 470 58

290.15 Ta

230.45

304

4.187 1.007

280 K

61

400

T TP

COMPRESSOR

PRESSIONEP Ycapetsff 556

T 84k

400

85 TI's

ft e

S

ns

so 400.6

84.41

in a 1443641.5Pa

Ps

E TE

I

fff.io

Pic 455962.5

vEP6

PRESS.IO 0.96

Po 0.96

Ps 1443641 Po

5 1385895.8

ALBEROALTAPRESSIONE

TEMPERATURAT NIA sintomi

Ts Ta

to

Ta Cp

Cp e e

584.41 235

230.45 1.007 1.2 1400

400.61 Ta

1248.75K

Ti

Pressione

to 1 1228.13K

1248.75

1400

0.88 7 is

Http Tg Tais 1400 ta is

È'Ì 807394Pa

Pt

a

IIII

Tats 1385896

ALBEROBASSAPresslt.AT

Temperatura Ta

sintomi

mia t Tse

Tp

Cp pif

a 288.15 235 to

1248.75

1.007

230.45 1.2

470.58

1098

Ti 62K

pressione

o t 1098.62 1 1078.15

1248.75 K

0.88 8is

http 1248.75

This

Ta this

32

a

732 Pa

440480

Pse

I 78

1078.1cL

PPI 1248.75 807394

TP

TURBINA

temperatura o. T 1

101325 K

769.36

Tais

Ppj 440480 802.29K

9 te

tfff fj

o fjjfz

e

Mrp a.jo

o RAPP.COMPR. R 25

14

PIÈ

tot 1443641. 101325

Dtp

Dtp 304 K

58

ta 470 58 166

Ts

1 out 61

Atp 400 290.15

Ta 110 46

Tic k

in

a DTpp

D p

sono

COMBSTECHIOMETRICO

RAPPORTOARIA 17.24

3.76

1

µ

OS 2

t 3.76

1 28in

mass

RAPP.diEQUN tl 0.34

iar.la

ECCE

E 1.9408

50 24

POTENZ