Exam 20200123

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CONVERSIONE DELL’ENERGIA A AA 2019-2020 Appello 23/01/2020 Nome/Cognome ________________________________________________ Matricola ______________ Si assumano, giustificandoli, valori realistici per tutti i dati necessari allo svolgimento che non vengono forniti espressamente nella formulazione dei quesiti. Esercizio 1 (10 punti) Uno studio progettuale prende in considerazione il cambiamento di combustibile di una turbina a gas da gas naturale a idrogeno puro. Quando opera a gas naturale, la turbina a gas in condizioni di progetto (15 °C e 100 kPa) è caratterizzata da:  potenza elettrica netta: 5 MW,  lavoro specifico elettrico netto: 250 kJ/kg,  temperatura ingresso turbina (TIT): 1200 °C;  temperature uscita turbina (TOT): 570 °C;  rapporto di compressione: 18. Quando opererà a idrogeno puro, l’idrogeno sarà fornito da recipienti d’accumulo a circa 20 MPa. Considerando un potere calorifico inferiori di 120 MJ/kg per l’idrogeno puro, si chiede di: i. Evidenziare e giustificare tutte le assunzioni utilizzate per lo svolgimento dell’esercizio (1 punto) ii. Disegnare accuratamente lo schema d’impianto per il solo funzionamento a idrogeno e calcolare la portata massica di idrogeno a parità di potenza inserita nel ciclo rispetto al caso gas naturale (2 punti) iii. Calcolare la massima potenza meccanica teoricamente ottenibile dal flusso d’idrogeno trascurando i contributi legati ai processi di miscelamento (2 punti) iv. Calcolare le perdite di rendimento di secondo principio legati al processo di combustione in entrambi i casi di funzionamento a gas naturale e a idrogeno adottando opportune ipotesi semplificative (2 punti) v. Indicare senza calcolare come varia la temperature di uscita della turbina (TOT) nel cambiamento da gas naturale a idrogeno a parità di potenza…