Esercizi con svolgimento Macchine a fluido - Cogenerazione e cicli combinati

1. Nei motori alternativi impiegati nella cogenerazione, da quali flussi e a che temperatura (indicare il range) è possibile effettuare il recupero termico?

   • dei gas di scarico ad alta temperatura (450-550°C)
   • dell'acqua di raffreddamento e dell'olio di lubrificazione, a bassa temperatura (80-120°C)

2. Supponendo di avere a disposizione un dislivello geodetico di 500 m e una portata d'acqua di 8000 _l/s, qual è la massima potenza teoricamente producibile con una turbina idraulica?

   Vn=8 _m/s Zc=2 g=9 ₈₁ H_g 25725 kW

3. Definire i principali parametri ed indici della cogenerazioni

   • rendimento elettrico = η_el = Wel/Q_com
   • rendimento totale = η_tot = Wel + Q_u/Q_com
   • indice elettrico = E.I. = Wel/Qu
   • indice di utilizzazione globale = U_g = Wel + Qu/Q_com
   • indice di utilizzazione meccanica/elettrica = U_me = Wel/Q_com
   • indice di utilizzazione termica = Ut= Qu/Q_c
   • indice di risparmio energetico = IRE= 1 - _Qc/_{Qu/Qel/Wel/Qme}
   • indice di flessibilità => F.I. = (E.I.)_min/(EI)_max

4. Si tracci una curva di durata per il dimensionamento di un impianto idraulico ad acqua fluente. Si fissi sul grafico una portata di progetto arbitraria, individuando sul disegno l'energia prodotta dall'impianto in un anno e indicando per quanti giorni l'impianto funzionerà a piena potenza.

energia prodotta = area sottesa

giorni in cui lavora a piena potenza => ?

5. Si voglia realizzare un impianto cogenerativo per soddisfare un carico elettrico pari a 1MW e un carico termico pari a 3MW. Quale tipologia impiantistica è tipicamente impiegata per tali valori?

Turbina a vapore a contropressione E.I.: 0,83

6. Si tracci lo schema di un ciclo combinato gas-vapore includendo anche la caldaia a recupero che presenti le seguenti caratteristiche: surriscaldamento e ri surriscaldamento del Vapore, evolvente in turbina, produzione del vapore da alimenti il degasatore in un apposita sezione di bassa pressione della caldaia a recupero.

7. Indicare in tabella gli intervalli tipici degli indici elettrici dei seguenti sistemi cogenerativi

• Turbina a gas → 0,6 ÷ 0,9
• Turbina a vapore → a spillamento 0,6 ÷ 0,9 a contropressione 0,97 ÷ 0,5
• Motore alternativo → 0,8 ÷ 1,5

8. Indicare i 2 livelli di temperatura per cui è possibile recuperare calore nei motori Diesel

• gas di scarico 450 ÷ 550°C
• acqua di raffreddamento e olio di lubrificazione 90 ÷ 120°C

9. Cosa rappresenta la curva idrogramma di un corso d'acqua

Riporta in ordinata il quote dell'alveo del fiume principale e successi le aree del bacino montano sotteso in corrispondenza delle singole quote. L'area totale compresa tra l'asse delle ascisse e il diagramma idrogramma è proporzionale alla totale energia teoricamente immagazzinabile del quel bacino.

10. Illustrare l'impiego della tecnica del Repowering ed indicare gli impianti interessati

• Consente di ripotenziamento impianti a vapore già esistenti
• Utilizzo del GDV come camera di combustione della TPG
• Utilizzo del gas di scarico della TPG per il preriscaldo dell’acqua nell’impianto TAV
• Alimentazione della caldaia tramite i gas di scarico della TPG
• Trasformazione della caldaia in una vera e propria caldaia a recupero, utilizzando i gas di scarico della TPG

m_cpf (T₆ - T₁) = m_cp (h₀₁ - h₀₂) = m_cp

T₀₄ = T₁ + Φ = 331°C

im_cpf(T₆ - T₁) = m_cp(h₀₁ - h₀₂) ↔ 6 × 3/2

6,152 kg/s

m_cpf m_cp = 30,8346 kg/s

p₀₂ = 20,2 bar h₀₂ = 30,483,871 kJ/kg

T₀₂ = 300,838°C s₀₂ = 6,7607 kj/kgk

p₂₁ = 0,1 bar

s₂₅ = 6,7607 kj/kgk

T₁₂ = 45,381°C

W_tot = W_turb + W_pump - W_comp + W_turb

W_turb = m₁₂ (h₁ - h₀₂) = 20597,848 kW

W_turb = m₀₂ (h₀₂ - h₀₁) = 28486,9102 kW

W_pump = m₂₁ (h₀₂ - h₂₁) = 348,111 kW

W_mcp = 34,86664 MW

W_tot = 204866,6471 kw = 101,86664 mw

ηe = W_tot / Q_e

Q_e = W_th / ηe → Q_e = 200000 kW

GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC

m/s 25 30 40 75 83 65 45 50 50 60 35

Q min = portata minima continua

I costo costruzione impianto

ul energia prodotta media c = 0,20 €/kWh

Ez accettazione 8%

α durata impianto = 30 anni

spese di esercizio 0,5xC

pendenze canale = 0,095 x

γ impianto = 0,85

Q = _{Y Om}

p₁@n = ^(1+i)n-1 = 12.76

(1+0.12ⁿ)

I = cE

produttivita media annua E = Y Om H γ 8760

H = 188.173 = (4000÷0,00025) = 14 m

I = 0.2 x 1 x 0.85 x 9.86 x 8760 = 0.202 x 2.0 x H = 7860

Rman = 2,0830.10³ e/g

considerando Qmin 40 m/s = Q = 9.831 x Y Om H 8760 x 90,905 arcibi

Pc = 28₁ x Y Om H = 849,6 kW

hys = n¹√^{P ₍₁₎}

n = ^60.5 : 800 rpm p (10.92g) 6,420.685 kw = 3787.45 Cv H=14 m

Ds² = 3.45

• P=60 bar    T_g=280°C    S_g=6.8513  kJ/kg K    h_g=3399.123  kJ/kg
• P=10 bar    S₁₀=S_g=6.8513  kJ/kg K    h₁₀=2904.54  kJ/kg

• s12=s_g    T₁₂=263.92°C
• S₆=6.99412  kJ/kg K

• P=0.08 bar  T₁₂=44.55°C  S₁₁=S_g=6.8513
• x₁₂=^S₁₂-S_ci⁄_Scls-Sci=0.8196    h₁₁-h_ci=0.88989
• h_az=x₁₂h_hs+h_ls=2340.061  kJ/kg
• S₁₂=(S_cls-S_ci)S_ci=7.41  kJ/kg K

• P₂₂=5 bar    S₁₂=S_g=6.8513  kJ/kg K    h_iz2=^v₁₂⁄^{→v_h23h₁₂=2764.3  kJ/kg}

h_iz2=1/2 [(m_h12)h₂₂ - (m_co m₁₂) (h₁₂-h_co)] ↓ m_tot=0.259

• h_ij3=1225.61 kJ/kg
• m_ij3=97.82 kg/s
• m₁₂=30.53 kg/s
• m_co=20.62 kg/s

η=³⁄ _{- hco} ↓ η=0.3931

11/06/2020

Tmax = 1200°C = 1473,15 KTamb: 25°C = 298,15 Kk = 1,38R: 0,289 kJ/kgKcp: 1,0495 kJ/kgK

determinare:- punti del ciclo TAG- ṁe- ẏglobale

E = k - 1 / k = 0,27536β = π_rc = 18,1888

π_rc = 2 * Tmax / Tamm = 4,9409

Ap_B = 1 barT_P = 298,15 K

B -> p_B -> p_E = 1 barπ_rc = β = 18,1888p_B = p_B * p_E = 1813887,522 Pa

T_BS/T_P = (p_E/p_P)^(k-1)/k-> T_BS = T_P(p_B/p_P)^(k-1)/k = 662,727 K

CT_c = 1473,15 Kp_c = 1813887,222 Pa

Dp_B = 1 bar -> 100000 Pa

T_B/T_c = (p_E/p_c)^(k-1)/k->T_B = T_C(p_B/p_C)^(k-1)/k = 680,168 K

Ep_c = 1 barT_e = 453,15 K

ṁe (h_e - h_s) + ṁe LHV + ṁe (h_a - h_d) = ṁa (h_g - h_d)

(ṁe- ṁe) (h_b - h_e) = ṁtot(h_g - h_e) -> ṁe = ṁtot / (h_g - h_e)

ṁ_g = 274592 kg/s

ṁtot = ṁ_e + ṁe

∀ Q₄: (h_a - h_e + LHV + ṁe (h_g, - h_d) + ṁe(h_g - h_d)

ṁe LHV + (ṁa - ṁe) (h_g - h_d) -> ṁa = ṁtot (h_g - h_d) / LHV = 478656 kg/s

ṁe = 268,7265 kg/s

η_TAG (W_rac - W_c / ṁe LHV = 0,5097 = 50,97%

η_g = η_pa + η_nov - η_yac = 70,24%