08 Contatore di lavoro e calore

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ESERCIZIO del 16/04/2009 Un sistema aperto cede potenza termica a una macchina motrice che scambia potenza termica anche con l'ambiente a Tf = 0 °C (Sorgente Fredda). Valutare le differenti quantità di potenza meccanica prodotta dalla macchina a parità di potenza termica ceduta dal sistema aperto nei casi in cui: I) all'ingresso del sistema vi sia una portata di acqua a T1' = 200 °C e P1' = 20 bar II) all'ingresso del sistema vi sia una portata di vapore saturo a T1'' = 200 °C All'uscita del sistema aperto c'è in ambedue i casi acqua a T2 = 20 °C e P2 = 1 bar. Si ipotizzi il sistema aperto stazionario e la macchina reversibile DATI CONDIZIONE INIZIALE I ) Acqua T 1'=200° C P1'=20 bar=2 MPa T 1'T LSAT @ P1'=2MPa=212,42 ° C => Acqua sottoraffreddata h1' ≃h1SAT '=hl@T1'=200° C=852,45 kJ kg T 1' s1' ≃s1SAT' =sl @T1'=200°C =2,3309 kJ kg⋅K P1' CONDIZIONE INIZIALE II ) Vapore saturo T 1' '=200 ° C x1' '=1 h1' ' =hv@T1'' =200°C =2793,2 kJ kg T 1' ' s1' '=sv @T1' '=200°C =6,4323 kJ kg⋅K P1' ' CONDIZIONE FINALE Acqua sottoraffreddata T 2=20 ° C P2=1 bar h2≃h2SAT =hl@T 2=20°C =83,96 kJ kg T 2 s2≃s2SAT =sl @T2=20° C=0,2966 kJ kg⋅K P2 @ @ @ I grafici sono assolutamente qualitativi e non rappresentano l'andamento reale ma solo una sua approssimazione. DEFINIZIONI ˙Q= ˙m  h hbifase=1− x hlx hv=hl x hv−hl=xlx hlv h@TT SAT =h@T SAT v  P =0 trasc. ≃h@TSAT Conversioni 1bar=105 Pa 0° C=273,15 K Unità di misura P [ Pa]= F l2 [ N m2]=[ kg m⋅s2] M ˙QC TF = 0 °C SF ˙QF ˙L A˙m1 ˙m2 Z Bilanci di massa, energia ed entropia del sistema composto Z = A∪ M ∪SF d ˙m dt =0 A staz. = ˙m1− ˙m2=0  ˙m1= ˙m2= ˙m dE dt = dE A dt =0 A staz.  dE M dt =0 M staz.  dE SF dt = ˙mh1−h2 ˙Q =0 Z adiab. − ˙L  E pot e Ecin trasc. dS dt = dS A dt =0 A staz.  dS M dt =0 M staz.  dS SF dt = ˙m…