Risposte chiuse e aperte Progettazione dei sistemi energetici aggiornate 2025

turbocompressore ENTRAMBE LE RISPOSTE SI TROVANO

08. Descrivere i componenti principali dei sistemi a microturbina TRA LE FUORI PANIERE

09. Quali sono i principi alla base della progettazione di sistemi a microturbina?

Lezione 057

01. Le microturbine attualmente disponibili in commercio

presentano velocità di rotazione sempre superiori a 70000 giri/min

hanno una potenza elettrica <= 100 kWe

possono raggiungere una vita utile nell'intorno delle 80000 h

possono raggiungere rendimenti elettrici fino al 38-40%

02. Con riferimento alla microturbina MTG 100PH

può funzionare sia in priorità elettrica che termica

presenta un rendimento elettrico dell'ordine del 20%

presenta un rendimento totale dell'85% circa

presenta un output termico di circa 100 kWt

03. Quali sono le problematiche di funzionamento di una microturbina connesse alle condizioni ambientali esterne?

04. Descrivere il funzionamento della microturbina Turbec T100

03.

Le problematiche di funzionamento di una microturbina connesse alle condizioni ambientali esterne includono l'effetto della

temperatura e dell'altitudine sull'efficienza e sulla potenza elettrica prodotta.

A temperature elevate, la potenza elettrica prodotta dalla microturbina diminuisce a causa della riduzione della densità dell'aria,

che a sua volta influisce sulla portata dell'aria aspirata. Inoltre, l'efficienza elettrica diminuisce poiché il compressore richiede più

potenza per comprimere l'aria a temperature più elevate.

L'altitudine è un altro fattore che influisce sulle prestazioni della microturbina. Man mano che l'altitudine aumenta rispetto al livello

del mare, la densità dell'aria diminuisce, riducendo la potenza elettrica prodotta.

Queste condizioni ambientali sfavorevoli possono ridurre l'efficienza complessiva e la potenza elettrica disponibile della

microturbina. Pertanto, è importante prendere in considerazione questi fattori durante la progettazione e l'installazione di tali

sistemi, al fine di ottimizzare le prestazioni in base all'ambiente operativo specifico.

04.

La microturbina Turbec T100 PH è un sistema di cogenerazione che produce sia energia elettrica che termica. L'unità di

cogenerazione è composta da diversi componenti che interagiscono per generare energia in maniera efficiente.

L'aria viene aspirata e compressa tramite un compressore centrifugo, aumentandone la pressione. Successivamente, l'aria

compressa passa attraverso un recuperatore di calore, dove viene riscaldata utilizzando il calore dei gas di scarico.

Dopo il recupero di calore, l'aria calda entra nella camera di combustione, dove avviene la combustione del gas naturale.

L'energia termica generata dalla combustione viene quindi convertita in energia meccanica utilizzando una turbina a gas

centripeta. La turbina è collegata allo stesso albero del compressore e del generatore elettrico, fornendo energia sia per

comprimere il gas che per produrre energia elettrica.

I gas di scarico ad alta temperatura vengono successivamente inviati a uno scambiatore di calore, dove viene estratta energia

termica per produrre acqua calda. Infine, i gas di scarico vengono rilasciati nell'atmosfera attraverso un camino.

La microturbina Turbec T100 PH può essere operata in diverse modalità, compresa la produzione di sola energia elettrica o la

cogenerazione simultanea di energia elettrica ed energia termica. In modalità di cogenerazione, possono essere selezionate

diverse opzioni, come la priorità elettrica o la priorità termica, che influenzano la distribuzione dell'energia prodotta.

Lezione 058 03. La macchina di Stirling è un motore a combustione esterna

01. Nella macchina di Stirling che opera secondo un ciclo termodinamico chiuso. Utilizza una

il rigeneratore consente di recuperare il calore di scarico dei fumi sequenza di trasformazioni isoterme e isocore rigenerative. La

il processo di combustione avviene internamente al fluido di lavoro macchina è composta da una camera di riscaldamento e una

il displacer è anche detto pistone motore o di potenza camera di raffreddamento del fluido motore, un rigeneratore di

è presente un pistone di trasferimento o displacer e uno motore calore e un pistone motore. Durante il ciclo, il gas si muove tra le

due camere attraverso il pistone di trasferimento, mentre il calore

02. Il ciclo ideale di Stirling viene fornito e rimosso tramite scambiatori di calore. Il

una combinazione di queste rigeneratore rigenera il calore disponibile per migliorare

presenta rendimenti termodinamici prossimi a quelli del ciclo di Carnot l'efficienza del ciclo. Rispetto al ciclo di Carnot, la macchina di

Stirling può produrre un lavoro specifico più elevato o ottenere lo

consta di due trasformazioni isocore e due trasformazioni isoterme rigenerative stesso lavoro con ingombri minori grazie alle trasformazioni che

consta di due trasformazioni isocore e due isobare spingono le isoterme del ciclo ai limiti imposti. In sintesi, la

macchina di Stirling sfrutta il calore esterno per generare lavoro

03. Descrivere il funzionamento della macchina Stirling meccanico attraverso un ciclo termodinamico efficiente.

04. Quali sono i vantaggi della tecnologia Stirling?

04. La tecnologia Stirling offre diversi vantaggi significativi. Prima di tutto, la macchina di Stirling è un motore a combustione

esterna, il che significa che il fluido motore (come ad esempio l'idrogeno) rimane racchiuso all'interno del cilindro, rendendo il ciclo

termodinamico "a ciclo chiuso" o "a circuito chiuso". Questo porta a diversi benefici:

-Efficienza termica elevata: Il ciclo termodinamico della macchina di Stirling è molto efficiente e teoricamente può raggiungere

rendimenti vicini al ciclo di Carnot operante tra le stesse temperature. Ciò significa che può convertire un'alta percentuale di calore

in lavoro meccanico utile.

-Adattabilità al combustibile: La macchina di Stirling può funzionare con una vasta gamma di combustibili, senza la necessità di

processi di pulizia dei gas particolari. Può essere alimentata da un bruciatore o da una caldaia esterna, consentendo l'utilizzo di

diversi tipi di combustibili, compresi quelli rinnovabili.

-Basse emissioni e silenziosità: Poiché il processo di combustione avviene esternamente, la macchina di Stirling produce basse

emissioni di inquinanti nell'ambiente. Inoltre, il suo funzionamento è generalmente silenzioso, offrendo un vantaggio in termini di

impatto acustico rispetto ad altri motori.

-Manutenzione ridotta: La macchina di Stirling ha un numero limitato di parti mobili, generalmente costituite solo dal pistone e dal

displacer. Questo si traduce in una minore necessità di manutenzione rispetto ad altri motori, riducendo i costi di gestione e

migliorando l'affidabilità.

-Flessibilità di utilizzo: La tecnologia Stirling può essere utilizzata in diverse applicazioni, come motori, frigoriferi, criogenica o

pompe di calore. La capacità di regolare le temperature di compressione ed espansione del fluido motore consente di adattare la

macchina a diversi scopi e requisiti specifici.

Lezione 059

01. Quale di queste caratteristiche non è tipica della configurazione Stirling free piston?

semplicità costruttiva

moto relativo dei componenti più preciso rispetto ai motori Stirling cinematici

maggiore efficienza rispetto ai motori Stirling cinematici

riduzione del numero delle parti in movimento

02. Nella macchina di Stirling, quali di queste non sono cause di scostamento dal comportamento ideale?

non isentropicità della trasformazione di compressione

processo di combustione esterno al fluido di lavoro

perdite meccaniche per la presenza di spazi morti

perdite termodinamiche connesse con la distribuzione del fluido

03. Quali di questi non è un criterio di classificazione dei motori Stirling?

tipo di fluido operante

presenza o meno di valvole

accoppiamento degli stantuffi

numero degli effetti

04. Quali sono le principali cause di discostamento dal comportamento ideale per il ciclo Stirling?

05. Scrivere l'espressione del rendimento di un motore Stirling attribuendo un ordine di grandezza ai diversi termini

04. Le principali cause di discostamento dal comportamento ideale per il ciclo Stirling sono:

-Distribuzione del fluido: Nel ciclo reale del motore Stirling, si verificano contemporaneamente almeno tre cicli: uno relativo alla

massa che evolve nella camera di espansione, uno relativo alla massa che evolve nella camera di compressione e un terzo

sottociclo relativo allo spazio morto. La distribuzione del fluido dovrebbe essere congruente con il ciclo stesso affinché il

funzionamento della macchina corrisponda a quello ideale in ogni istante del ciclo.

-Irreversibilità dei processi termodinamici: Nel ciclo reale del motore Stirling, si verificano irreversibilità nei processi

termodinamici, come perdite di calore non desiderate o scambi termici inefficaci. Queste irreversibilità influiscono sul rendimento

complessivo della macchina.

-Impossibilità di realizzare una rigenerazione perfetta: La rigenerazione nel motore Stirling è un processo in cui il calore viene

trasferito attraverso il rigeneratore. Tuttavia, la rigenerazione non è perfetta nella pratica, causando perdite di calore e una

diminuzione del rendimento complessivo del motore.

-Non adiabaticità delle trasformazioni di compressione ed espansione: ciò causa perdite di calore e impattando il rendimento

complessivo del motore.

-Perdite meccaniche: Le perdite meccaniche nel motore Stirling, causate da fattori come il moto non discontinuo degli stantuffi e

gli spazi morti, influenzano l'efficienza complessiva del motore, diminuendo il rendimento complessivo e i parametri di efficienza.

05. L'espressione del rendimento di un motore Stirling può essere scritta come:

n = nb * nt * nl * ni * nm * no

Dove:

nb è l'efficienza del bruciatore, che tiene conto delle perdite al camino. Assume valori compresi tra 0,85 e 0,09.

nt è il rendimento termodinamico, dipendente dal rapporto tra le temperature del ciclo. Assume valori compresi tra 0,65 e 0,72.

nl è il rendimento limite, influenzato dall'effetto del gas reale. Assume valori compresi tra 0,94 e 0,96.

ni è il rendimento interno, che tiene conto di tutte le perdite legate agli scambi termici, alla rigenerazione e alle perdite di carico.

Assume valori compresi tra 0,25 e 0,65.

nm è il rendimento meccanico, influenzato dagli attriti meccanici e dalle perdite inerziali. Assume valori compresi tra 0,75 e 0,90.

no è il rendimento organico, determinato dal trascinamento degli organi ausiliari. Assume valori compresi tra 0,85 e 0,90.

I valori del rendimento possono variare da un minimo di 0,08 a un massimo di 0,35, e dipendono da diversi fattori come il tip