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Insegnamento di Fisica Tecnica e Sistemi Energetici. CS in Ingegneria Gestionale – A. Baricci e G. Manzolini Esame di SISTEMI ENERGETICI – 14 Gennaio 2020 Cognome Nome Matricola Quesito n.1 (10 punti). Svolgimento da consegnare su foglio protocollo. Riportare su foglio protocollo a quale sotto-quesito si sta rispondendo Una caldaia alimentat a da 0.3 kg/s di Gas Naturale (composizione massica: 95% CH 4 e 5% N 2) produce energia termica per un sito industriale tramite condensazione di vapore a 120°C e 2 bar (per semplicità si consideri che il liquido entri in condizioni di liquido saturo (hliq,sat =503 kJ/kg) ed esca come vapore saturo (hvap,sat=2706 kJ/kg)). a) Si calcoli il rendimento della caldaia, sapendo che le uniche perdite in caldaia sono quelle al camino e quelle termiche che sono pari al 2% del calore in ingresso. La combustione avviene con un rapporto aria/combustibile pari a 8. La differenza di temperatura minima in caldaia è pari a 10°C , T ambiente pari a 15°C e cp_gas-combusti=1.1 kJ/kgK, PCI del Gas Naturale è di 47.5 MJ/kg (3 punto). 𝜂𝜂= 1 − 𝑄𝑄̇𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑄𝑄̇𝑝𝑝𝑖𝑖𝑖𝑖𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 = 1 − 𝑄𝑄̇𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑡𝑡𝑝𝑝𝑡𝑡ℎ𝑝𝑝 𝑄𝑄̇𝑝𝑝𝑖𝑖𝑖𝑖𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 − 𝑄𝑄̇𝑡𝑡𝑐𝑐𝑡𝑡𝑝𝑝𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑄𝑄̇𝑝𝑝𝑖𝑖𝑖𝑖𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 = 1 − 0.02 − 𝑚𝑚̇ 𝑖𝑖𝑐𝑐𝑖𝑖 𝑡𝑡𝑖𝑖𝑡𝑡𝑐𝑐𝑐𝑐𝑝𝑝(𝑇𝑇𝑡𝑡𝑐𝑐𝑡𝑡− 𝑇𝑇𝑐𝑐𝑡𝑡𝑐𝑐) 𝑚𝑚̇ 𝑡𝑡𝑖𝑖𝑡𝑡𝑐𝑐∙ 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑇𝑇𝑡𝑡𝑐𝑐𝑡𝑡= 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑒𝑒𝑐𝑐+ 𝛥𝛥𝑇𝑇𝑡𝑡𝑝𝑝𝑖𝑖= 130°𝑃𝑃 𝑚𝑚̇ 𝑖𝑖𝑐𝑐𝑖𝑖 𝑡𝑡𝑖𝑖𝑡𝑡𝑐𝑐= 𝑚𝑚̇ 𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝𝑐𝑐+ 𝑚𝑚̇ 𝑡𝑡𝑖𝑖𝑡𝑡𝑐𝑐 𝜂𝜂= 1 − 0.02 − 9 ∙ 1.1 ∙ (130 − 15) 47.5 ∙ 1000 = 0.956 b) Sapendo che la caldaia emette 784 g CO2/s e che funziona per 6500 ore all’anno determinare le emissioni specifiche all’energia e alla potenza netta della caldaia di CO2 (2 punto). 𝑒𝑒𝐶𝐶𝐶𝐶2,𝑝𝑝𝑖𝑖𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑝𝑝𝑐𝑐= 𝑒𝑒𝐶𝐶𝐶𝐶2 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑒𝑒𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃= 𝑒𝑒𝐶𝐶𝐶𝐶2 𝑚𝑚̇ 𝑡𝑡𝑖𝑖𝑡𝑡𝑐𝑐∙ 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃∙ 𝜂𝜂= 57.5 � 𝑔𝑔 𝑀𝑀𝑀𝑀� 𝑒𝑒𝐶𝐶𝐶𝐶2,𝑝𝑝𝑖𝑖𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑝𝑝𝑐𝑐= 𝑒𝑒𝐶𝐶𝐶𝐶2 𝑒𝑒𝑃𝑃𝑒𝑒𝑒𝑒𝑔𝑔𝑒𝑒𝑃𝑃= 𝑒𝑒𝐶𝐶𝐶𝐶2 𝑚𝑚̇ 𝑡𝑡𝑖𝑖𝑡𝑡𝑐𝑐∙ 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃∙ 𝜂𝜂∙ 3.6 = 207.2 � 𝑔𝑔…