Chemical Engineering - Macchine e Sistemi Energetici

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Cognome e Nome............................... ............................................................. Matricola........................................ Corso di Laurea in Ingegneria Chimica , esame di “M acchine e Sistemi Energetici” 15 Febbraio 2019 Esercizio 1 (9 punti) Il sistema in figura opera in condizioni stazionarie ed il fluido circolante è acqua ( ������= ���� �� ��,��= ���� � ��� ). L’impianto è costituito da un serbatoio adiabatico e con pelo libero atmosferico (sezione 1), da una tubazione NON adiabat ica e da una valvola adiabatica attraverso la quale l’acqua viene scaricata in atmosfera (sezione 2). Sono noti i seguenti dati di impianto: - sezione 2 posta 40 m sotto la sezione 1: �������− �������= �� � ; - temperatu ra a cqua nel bacino : ��= �� °�= �������� ; - diametro tubazion e: ��= �.�� � - diametro scarico valvola ( 100% aperta) : ��= �.�� � ; - perdite di carico nella tubazione � e nella valvola � (entrambe riferite all’energia cinetica nella tubazione) : �������= � ����� ��������� , �������= � ����� ��������� ; - la tubazione (non adiabatica ) cede all’ambiente una potenza termica pari in modulo a |�̇|= �� �� . Si richiede di de terminare : a. la velocità �� dell’acqua allo scarico della valvola in atmosfera ; b. la temperatura �� dell’acqua allo scarico della valvola in atmosfera . La valvola viene successivamente chiusa, producendo una riduzione del diametro allo scarico pari al 50% e un incremento dell a perdit a di carico nella valvola : �′�= �.�� � , ������′�= � ����� ��������� (sempre riferite all’energia cinetica nella tubazione). Determinare: c. la nuova po rtata massica �̇′ scaricata dalla valvola ; d. la potenza termica �̇′ che l’acqua deve scambiare con l’ambiente tramite la tubazione affinché la temperatura allo scarico della valvola resti immutata rispetto al precedente punto b, �′�= ��. Specificare se tale potenza termica è assorbita o ceduta dal l’acqua. Ese rcizio 2 (8 punti) Un compressore centrifugo adiabatico, ideale e monostadio opera alla velocità di rotazione � = ����� ��� ed elabora anidride carbonica (������������ 2 , � � = �� �� ���� ) in condizioni di gas perfetto ( � = �.�� ). La ������������ 2 viene aspirata a pressione e temperatura totali ��� = � ��� , ��� = ��� .�� �. La geometria della girante è definita da: - diametro allo scarico della girante ��= �.� � ; - rapporto tra altezza di pala e diametro allo scarico della girante �� ��= �.�; - angolo della palettatura allo scarico della girante pari a −�� °. E’ noto inoltre che la macchina fornisce un rapporto di compressione (total -total) ��� = �.�. Si richiede di: a. disegnare la trasformazione termodinamica su un piano temperatura -entropia specifica (T -s); b. determinare il lavoro meccanico specifico �� scambiato al compressore; c. determinare le condizioni statiche �� ,�� all’uscita della girante ; d. determinare la potenza assorbita �̇� dal compressore . Cognome e Nome............................... ............................................................. Matricola........................................ Esercizio 3 (10 punti) L’impianto turbogas in ciclo aperto rappresentato in figura è destinato alla produzione di energia elettrica. Esso è organizzato su due alberi, con la turbina di alta pressione ��� destinata a trascinare il compressore �. Il combustibile impiegato è gas naturale. I parametri operativi del ciclo e prestazionali dei componenti di impianto sono: - pressione e t emperatura ambiente: ���� = � �������� , ���� = �� °������; - potenza erogata dalla turbina ��� di alta pressione: �̇��� = �� �� ; - portata massica di aria aspirata al compressore: �̇�= ��� �� �; - rapporto tra portate massiche di aria e com bustibile al combustore ��� : � = �̇� �̇�= �� ; - perdite di carico trascurabili al combustore (BUR ); - rendimenti isoentropici macchine: �������= �.�� , ��������� = ��������� = �.�� ; - rendimento termico del combustore ��������� = �.�� ; - rendimento elettrico e meccanico del generatore elettrico �������� = �.�� ; - dissipazioni nelle trasmissioni meccaniche all’albero di alta pressione trascurabili ; - potere calorifico inferiore del gas naturale : ��� = �� �� /�� riferito a ���� = �� °������; - proprietà aria (gas perfetto) : ��= �.� ,��= ��� �/(������������� ); - proprietà gas combusti (gas perfetto) : ��= �.�� ,��= ��� �/(������������� ). Si richiede di: a. rappresentare il ciclo turbogas su un piano termodinamico temperatura -entropia specifica (T -s); b. calcolare la temperatura �� allo scarico del compressore; c. calcolare la temperatura massima ��������� del ciclo termodinamico ; d. calcolare la po tenza elettrica utile �̇�� dell’impianto ; e. calcolare il rendimento di impia nto ��������� , dando un commento motivato del valore ottenuto. Domanda 1 (3 punti) Si considerino note le curve caratteristiche di prevalenza di due pomp e centrifug he p1 e p2 diverse (per geometria e velocità di rotazione). a. Per le due pompe p1 e p2 disposte in serie : - disegnare uno schema ; - disegnar e la curva caratteristica di prevalenza a partire da quella delle singole pompe ; - scrivere le relazioni che descrivono il collegamento in serie. b. Per le due pompe p1 e p2disposte in parallelo : - disegnare uno schema ; - disegnar e la curva caratteristica di prevalenza a partire da quella delle singole pompe ; - scrivere le relazioni che descrivono il collegamento in parallelo . Motivare le risposte date.