Fisica Tecnica Esercitazione 8

Esercitazione 8:

Fisica tecnica 9 CFU (codice 23037) AA 2019/2020

Corso di Laurea: Ingegneria Meccanica

Prof. G.E. Cossali Dr.-Ing. S. Fest-Santini

CICLI A VAPORE

Ciclo Rankine semplice: ciclo ideale degli impianto a vapore

• 1 → 2: compressione isoentropica
• 2 → 3: riscaldamento isobarico
• 3 → 4: espansione isoentropica
• 4 → 1: raffreddamento isobarico

w = -q_H - q_C

q_H = q₂₃ = h₃ - h₂ > 0 → entrante

q_C = q₄₁ = h₄ - h₁ < 0 → uscente

w_P = w₁₂ = h₂ - h₁ = v₁₂ ⋅ (p₂ - p₁) > 0 → entrante

w_T = w₃₄ = h₄ - h₃ < 0 → uscente

w = w_T + w_P = - q_H - q_C < 0 → uscente

Ciclo indiretto: macchina frigorifera a compressione

• 1 → 2: compressione isoentropica
• 2 → 3: condensazione a p = cost.
• 3 → 4: espansione isoentalpica
• 4 → 1: evaporazione p,T = cost.

R134a

p [bar] v [m³/kg] h [kJ/kg]

Ciclo indiretto: macchina frigorifera a compressione

Esempio 8.5

Una macchina frigorifera funzionante con refrigerante R134a ha le seguenti caratteristiche:

• compressione isoentropica di vapore saturo da p_min = 1 bar a p_max = 4 bar,
• condensazione a pressione costante fino alle condizioni di liquido saturo,
• espansione isoentalpica (h = cost.) fino a p_min,
• evaporazione raggiungendo lo stato iniziale (vapore saturo).

1. Quanto valgono l'entalpia e la temperatura del vapore surriscaldato all'uscita del compressore.
2. Qual è il valore del calore scambiato per unità di massa durante le due fasi: a) raffreddamento fino a vapore saturo e b) condensazione del vapore?
3. Quanto vale l’efficienza del ciclo?
4. Se la potenza fornita all’impianto è pari a 120 kW, quanto vale la potenza termica scambiata durante l’evaporazione?
5. Quale titolo ha il vapore di R134a all’ingresso dall’evaporatore?

q_u = q₂₃ = h₃ - h₂

h₂ = h_t + W₁₃ = h₅ (10kPa)

h₂ = 131,83 ^kJ/_kg + 6,05 ^kJ/_kg = 137,88 ^kJ/_kg

ciclone HP, ciclo inverso rotore a 6000 RPM

h₃ = h₅ (6000 kPa) = 27,87 ^kJ/_kg

q_u = 27,85 ^kJ/_kg 189,88 ^kJ/_kg x₁ = 238,12 ^kJ/_kg

W_3u vapore rotore espone in turbina raggi e calore di lavoro

W_T = W_3u = h₄ - h₃

h₃ = h₅ (10 kPa) = ... ...h₄ (= h₅)

W_3u = W₁₂ + W₃₄ = (8461,5 - 2785) ^kJ/_kg

W_T = -920,5 ^kJ/_kg

ora calcoliamo il titolo esploso d'ariatore ha (...) d'entrata

x₄ = S_x - S_s / S_v - S_s logica (10 kPa)

x₄ = 0,699

ω_d(x) = D₁ + (6000 kPa) ?

5,88... ω--(p)... 45%

... 5,88... - 964,83 ... = 8,511 - 964,83

W_cycle = ∑W_cycle = W₂ + W_3u

- - ∑2U - q_h - q_c

η = (W_totale) / q_h = 36,45 / 252,1

= 35%

Rendimento del ciclo

η = 1 - _{qc + qH}/^qH

η = 1 + qc/qH = _{h3 - h2}/^{h1 - h4}

Devo calcolare

ηT = Wt12/Vt12 = _{h2 - h1}/^{h2' - h1}

h2 = h1 + qb (h2' - h1)

h2 = 531,26

h2 = 423,13

η = 1 + h3 - h2 / h1 - h4

η = 1 + _{0,87 - 423,13}/^{531,26 - 2,28} = 0,158