Paniere Macchine e sistemi energetici

PORTATA DELL’IMPIANTO Qimp NEL PUNTO DI FUNZIONAMENTO VALE:

U UN CONDOTTO CIRCOLARE PRESENTA UN ALLARGAMENTO DELLA SEZIONE DA d1=0.12m A d2=0.07m. IL

 CONDOTTO È PERCORSO DA ACQUA IN REGIME DI MOTO STAZIONARIO. SAPENDO CHE LA VELOCITÀ

DELL’ACQUA NELLA SEZIONE DI INGRESSO A1 È 7m/s DETERMINARE LA VELOCITÀ NELLA SEZIONE A2: 11,8m/s

UN CONDOTTO CIRCOLARE PRESENTA UN ALLARGAMENTO DELLA SEZIONE DAd1=0.02m A d2=0.08m. IL

 CONDOTTO È PERCORSO DA ACQUA IN REGIME DI MOTO STAZIONARIO. SAPENDO CHE LA VELOCITÀ 0,44m/s

DELL’ACQUA NELLA SEZIONE DI INGRESSO A1 È 7m/s DETERMINARE LA VELOCITÀ NELLA SEZIONE A2:

UNA MACCHINA IDRAULICA È CARATTERIZZATA DA UNA SEZIONE DI INGRESSO 1 m2 NELLA QUALE LA VELOCITÀ

 DELL’ACQUA È DI 6m/s E LA PRESSIONE PARI A 1 bar. LA SEZIONE DI USCITA È DI 2m2 E LA PRESSIONE ALLO

SCARICO DI 10 bar. CONSIDERANDO CHE LA SEZIONE DI USCITA SI TROVA AD UNA QUOTA DI 10m SOPRA LA

SEZIONE DI INGRESSO, A QUANTO EQUIVALE LA POTENZA MECCANICA CEDUTA DALLA MACCHINA AL FLUIDO:

5.9MW

UNA MACCHINA IDRAULICA È CARATTERIZZATA DA UNA SEZIONE DI INGRESSO 1 m2 NELLA QUALE LA VELOCITÀ

 DELL’ACQUA È DI 6m/s E LA PRESSIONE PARI A 1 bar. LA SEZIONE DI USCITA È DI 2m2 E LA PRESSIONE ALLO

SCARICO DI 10 bar. CONSIDERANDO CHE LA SEZIONE DI USCITA SI TROVA AD UNA QUOTA DI 10m SOPRA LA

SEZIONE DI INGRESSO, A QUANTO EQUIVALE L’ENERGIA SPECIFICA TRASFERITA DALLA MACCHINA AL FLUIDO:

984.6 J/Kg

UNA POMPA CENTRIFUGA PRESENTA UNA CURVA CARATTERISTICA DEL TIPO Hp=20+3Q-25Q^2 ED È

 ACCOPPIATA AD UN IMPIANTO AVENTE CARATTERISTICA H=12+32Q^2. INDICARE LA TIPOLOGIA DI CIRCUITO E

DETERMINARE LA PORTATA DI FUNZIONAMENTO: circuito aperto e portata di funzionamento di 0,40m^3/s

UNA POMPA CENTRIFUGA PRESENTA UNA CURVA CARATTERISTICA DEL TIPO Hp=50+3Q-55Q^2 ED È

 ACCOPPIATA AD UN IMPIANTO AVENTE CARATTERISTICA H=80Q^2. INDICARE LA TIPOLOGIA DI CIRCUITO E

DETERMINARE LA PORTATA DI FUNZIONAMENTO: circuito chiuso e portata di funzionamento di 0,62m^3/s

Una pompa volumetrica rotative possono fornire portate superiori rispetto a quelle alternative

 Una turbina Curtis è costituita da due o più giranti ad azione intervallate da uno o più raddrizzatori

 Una turbina è detta ad azione nessuna di queste

 Una turbina Pelton è servita da un impianto idraulico a bacino caratterizzato da un salto utile di 250m. Sapendo

 68.5

che la perdita al distributore ammontano a 10m, quanto vale la velocità assolta all’uscita del distributore ?

m/s

Una turbina Pelton è servita da un impianto idraulico a bacino caratterizzato da un salto utile di 450m. Sapendo

 che la perdita al distributore ammontano a 55m, quanto vale la velocità assolta all’uscita del distributore ?

88 m/s

Una turbina Pelton è una macchina motrice idraulica ad azione

 APERTE

C Che cosa si intende per fenomeni di stallo e di pompaggio di un compressore centrifugo?



Il fenomeno di stallo prevede il distaccamento della vena fluida della palettatura con conseguente deviazione del flusso,

tale fenomeno si crea per l'incidenza troppo elevata degli angoli per deviazioni eccessive imposte al fluido e da forti

gradienti di pressione opposti al moto del flusso.

Lo stallo può avvenire anche in fase di regolazione della macchina quando i valori differiscono troppo dalle condizioni di

progetto.

Il pompaggio invece crea un' oscillazione forzata di tutto il fluido compreso anche le tubazioni di aspirazione e mandata e

la macchina. Perciò questo fenomeno si verifica quando la macchina è installata in un impianto di volume significativo ed

è introdotto dalla caduta di prestazioni a seguito dello stallo.

Che cos'è il potere calorifico di un combustibile? Illustrare la differenza fra potere calorifico superiore e potere

 calorifico inferior

Si definisce potere calorifico l’energia, per unità di massa, che bisogna sottrarre ai prodotti di una reazione per portarli alla

temperatura iniziale dei reagenti, in caso di combustione ideale, ovvero senza incombusti. Il potere calorifico può essere

calcolato, a seconda delle applicazioni a pressione costante o a volume costante, generalmente nell’ambito dei sistemi

energetici si utilizza la definizione a pressione costante. Si distinguono poi due valori del potere calorifico, a seconda che

venga o meno considerata l’energia rilasciata dal vapore formato dalla combustione durante la condensazione (calore

latente di condensazione): - il potere calorifico superiore HHV tiene conto del calore latente rilasciato, quindi considera in

uscita l’acqua in stato liquido -il potere calorifico inferiore LHV, largamente adottato nei sistemi energetici, non tiene

conto del calore latente, in quanto spesso i fumi vengono rilasciati a temperature superiori rispetto a quelle di

condensazione.

Come si classificano le turbine?



Le turbine sono macchine motrici a flusso continuo. Tutte le turbine sono essenzialmente costituite da due organi: il

distributore e la girante. Una turbina può essere costituita da uno o più stadi dove con il termine stadio si intende

l’insieme del del distributore e della successiva palettatura mobile.

Uno stadio può essere:

- Ad azione, se l’espansione del fluido ha luogo solo nel distributore

- A reazione, se l’espansione del fluido avviene sia nel distributore che nella girante.

A seconda del valore del grado di reazione, quindi dei diversi processi attraverso cui avviene la trasformazione

dell’energia, le turbine possono classificarsi in:

- Ad azione semplice (De Laval)

- Ad azione salti di velocità (Curtis)

- Ad azione a salti di pressione (Rateau)

- A reazione semplice

- A reazione ad espansioni multiple (Parsons)

- Miste

Altri metodi di classificazione possono ad esempio considerare la tipologia di turbina (ad alta, media e bassa pressione) gli

aspetti funzionali della macchina, il suo utilizzo, la taglia.

Con riferimento ad un impianto a ciclo combinato esprimere la potenza termica recuperata dai fumi del gruppo

 turbogas ed assorbita dal gruppo a vapore

Considerando due pompe operanti in condizioni di similitudine fluidodinamica, che cosa accade se si raddoppia

 la velocità di rotazione?

Prendendo in considerazione due pompe operanti in condizione di similitudine fluidodinamica, se abbiamo un raddoppio

della velocità di rotazione:

- La portata nominale sarà doppia

- La prevalenza aumenterà di quattro volte

- La potenza aumenterà di otto volte

D Definire il punto di funzionamento di una pompa inserita in un circuito idraulico



Il punto di funzionamento dell'impianto può variare nel tempo a causa delle eventuali incrostazioni presenti all'interno

delle tubazioni.

Eventuali variazioni possono avvenire o agendo sull'apertura di una valvola di intercettazione posta sulla turbina oppure

cambiando il regime di rotazione della pompa.

Con la presenza della valvola nel condotto si creano delle perdite localizzate che aumenteranno proporzionalmente alla

chiusura della valvola.

Definire il rendimento del generatore di vapore



Il rendimento di un generatore di vapore si esprime come il rapporto tra la portata massica del vapore per la differenza

di entalpia fratto la portata massica del combustibile per il potere calorifico inferiore (LHV) o più semplicemente Il

rendimento

di un generatore di vapore è dato dal rapporto fra il calore Q2 trasferito dal generatore al fluido che in esso circola e il

calore Q1 fornito al generatore.

Definire il rendimento della camera di combustione



Nei cicli chiusi il calore viene somministrato al fluido da un apposito scambiatore e la combustione avviene esternamente.

In quelle aperte invece è presente una camera di combustione dove entra l'aria in uscita dal compressore che viene

miscelata con una portata di combustibile. La combustione avviene, secondo diverse modalità alli'interno della camera e

converte l'energia chimica del combustibile in energia termica.

Definire il rendimento di combustione



In un processo reale la combustione non può essere completa e pare del combustibile viene espulso insieme ai fumi

incombusto pertanto si definisce il valore adimensionale di rendimento di combustione, indicato con epsilon, il rapporto

fra le portate massiche del combustibile effettivamente bruciato e quella introdotta nel generatore di calore.

epsilon= m(comb,b)/m(comb)

Descrivere il ciclo Hirn ideale ed esprimere il rendimento termodinamico del ciclo



Per superare i limiti del ciclo Rankine si sceglie di surriscaldare il vapore saturo in uscita dal vaporizzatore, realizzando il

ciclo Hirn. Nel generatore di vapore viene inserito un terza fase di scambio termico, effettuata da uno scambiatore detto

surriscaldatore, nel quale la temperatura aumenta fino ad una temperatura T3 massima. Questo consente, rispetto ad un

ciclo Rankine operante tra le stesse pressioni, di avere un titolo di vapore più elevato all’uscita della turbina. La

temperatura massima deve essere scelta compatibilmente con la sorgente termica da sfruttare, inoltre va valutata la

compatibilità con gli organi interessati da tali temperature, ovvero lo scambiatore surriscaldatore e la turbina. In fase di

progettazione è necessario valutare l’optimum in termini di fattibilità economica. Il rendimento termodinamico risulta

essere:

n(th)= L/Qi= (h3 - h4)/(h3 - h0)

Descrivere il ciclo Rankine ideale ed esprimere il rendimento termodinamico del ciclo



Il ciclo Rankine è il più semplice tra i cicli termodinamici, il ciclo si avvicina al ciclo di Carnot tranne che per la fase di

compressine considerando le difficoltà tecniche di comprimere in fluido bifase

Quindi il ciclo Rankine e realizzato da 4 fasi:

una compressione adiabatica reversibile (quindi isoentropica) dell’acqua fino alla pressione esistente

- nella caldaia.

Riscaldamento a pressione costante (riscaldamento isobaro) dell’ acqua fino alla temperatura di

- saturazione corrispondente alla pressione esistente nel generatore.

Vaporizzazione sempre a pressione costante ( stessa pressione della fase precedente) fino allo stato di

- vapore saturo.

Espansione adiabatica reversibile (isoentropica) del vapore in turbina in modo da produrre lavoro.

- Sottrazione di calore a pressione costante nel condensatore fino con condensazione del vapore