Esercitazione laboratorio Termodinamica

Termodinamica applicata e trasmissione del calore ESERCITAZIONE CICLO JOULE

DATI GENERALI

- Potenza elettrica richiesta W 20 MW

el

Φ

- Potenza termica richiesta 25 MW

te

- Temperatura dell'aria comburente T 20 °C

ac

- Temperatura di ingresso dell'aria di refrigerazione dei fumi T 20 °C

ai

- Temperatura di uscita dell'aria di refrigerazione dei fumi T 50 °C

au

- Temperatura di ingresso dell'acqua refrigerante T 90 °C

hi

- Temperatura di uscita dell'acqua refrigerante T 120 °C

hu

- Temperatura di riferimento dell'ambiente esterno T 298,15 K

a

- Temperatura di ingresso del combustibile T 20 °C

co

- Potere calorifico inferiore del combustibile H 40195 kJ/kg

i

- Perdita al camino della caldaia e dei bruciatori della turbina P 6 %

c

- Perdita di calore per imperfetto isolamento della caldaia e dei P 0,6 %

d

bruciatori

- Durata annuale di funzionamento dell'impianto D 4800 ore

f

η

- Rendimento convenzionale di distribuzione della rete elettrica 35 %

cd

1

DATI CICLO JOULE

- Pressione massima p 6+(N/10) bar

B

- Pressione minima p 1 bar

A

- Temperatura all'inizio della compressione T 293 K

A

- Temperatura all'inizio della espansione T 1100+C) K

(

E

- Temperatura dei fumi all'uscita dello scambiatore di produzione T 100 °C

I

dell'energia termica *

- Costante elastica dell'aria R 287 J/(kg K)

- Calore specifico a pressione costante c 1063 J/(kg K)

p

η

- Rendimento isoentropico di compressione 70 %

ic

η

- Rendimento isoentropico di espansione 85 %

ie

RICHIESTE

1. Completare le tabelle allegate al testo riportando i risultati dei calcoli delle grandezze

richieste.

2. Tracciare in scala sui diagrammi termodinamici di Clapeyron (p-v) e di Gibbs (T-s) il ciclo

Joule per le soluzioni B1 e B2, mettendo in evidenza i capisaldi e, ove possibile, le quantità

di energia scambiate durante le diverse trasformazioni come aree caratteristiche.

N è il numero d’ordine della lettera iniziale del nome e C è il numero d’ordine

1

Nota bene : della

lettera iniziale del cognome (alfabeto inglese):

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

2

Termodinamica applicata e trasmissione del calore ESERCITAZIONE CICLO JOULE

IPOTESI DA ADOTTARE PER I CALCOLI

1. L'impianto funziona in regime stazionario.

2. Le variazioni di energia cinetica e di energia potenziale si possono ritenere trascurabili in ogni

punto dell'impianto.

3. Il comportamento del fluido è approssimabile in ogni punto del ciclo con quello dell'aria, per la

quale si suggerisce di adottare l'equazione di stato dei gas ideali (con c e c costanti).

p v

4. Le trasformazioni di compressione e di espansione si possono sempre ritenere adiabatiche.

5. Le linee di trasformazione con attrito si rappresentino con linee politropiche equivalenti nelle

quali si assume che il calore scambiato per unità di massa sia numericamente eguale alla energia

per unità di massa dissipata in attrito.

L’alternatore ha rendimento unitario, ossia si assume che la conversione dell’energia meccanica

6. raccolta all’albero delle turbine in energia elettrica avvenga con un rendimento di conversione

pari a 1.

Nomenclatura utilizzata:

l Lavoro specifico di compressione W Potenza meccanica di compressione

c c

l Lavoro specifico di espansione W Potenza meccanica di espansione

e e

Lavoro specifico netto Potenza meccanica netta

l W

g g

(compressione + espansione) (compressione + espansione)

Ф

q Calore specifico fornito al ciclo Flusso termico fornito al ciclo

1 1

Calore specifico ceduto dal ciclo Flusso termico ceduto dal ciclo

Ф

q 2 2

→ →

(trasformazione F,G A) (trasformazione F,G A)

Calore specifico netto Flusso termico netto

Ф

q g g

(fornito + ceduto) (Fornito + ceduto)

Calore specifico utile Flusso termico utile

Ф

q ut ut

→ →

(trasformazione F,G I) (trasformazione F,G I)

η η ʹ rendimento elettrico dell’impianto

Rendimento elettrico del ciclo

el el

η η ʹ rendimento totale dell’impianto

Rendimento totale del ciclo

to to

Portata in massa d’aria

G a 3

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MODULI PER LA PRESENTAZIONE dei RISULTATI dei CALCOLI

Cognome Nome:

:

Matricola: Anno Accademico 20__/__ C= N=

TABELLA I - Ciclo JOULE: Capisaldi.

Punto T [K] p [bar] v [m3/kg] h [kJ/kg] s [kJ/(kg K)]

A

B

C

E

F

G

I TABELLA II - Ciclo JOULE: Dati riassuntivi.

CASO CASO

B1 B2 B1 B2

l [kJ/kg] W [MW]

c c

l [kJ/kg] W [MW]

e e

l [kJ/kg] W [MW]

g g

Φ

q [kJ/kg] [MW]

1 1

Φ

q [kJ/kg] [MW]

2 2

Φ

q [kJ/kg] [MW]

g g

Φ

q [kJ/kg] [MW]

ut ut

η η ʹ

el el

η η ʹ

to to

G [kg/s]

a 4