Exercise book with exam topics

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Politecnico di Milano Dipartimento di Energia Temi d’esame risolti del corso di “MACCHINE” docente prof. P. Chiesa Politecnico di Milano − Corso di “Macchine (LM)” – docente: prof. P Chiesa 2 / 68 Quesito A.1 (Emissioni) Una caldaia alimentata a gas naturale (composizione 100% CH 4) presenta le seguenti condizioni di funzio- namento: • portata di combustibile: 250 Sm3/h • eccesso d’aria: 25% • rendimento: 85% • concentrazione di NOX nei fumi al camino: 80 ppm Si chiede di valutare: • la potenza termica utile resa dalla caldaia • le emissioni di NO2 in mg/Nm3 normalizzate al 3% di O2 nei fumi secchi • le emissioni orarie di CO2 e NO2 • le emissioni specifiche di CO2 e NO2 (espresse in massa di inquinante per kWh termico generato) Dati per la risoluzione del quesito: Standard m3 (Sm3): 1 m3 alla temperatura di 25°C e pressione di 1.013 bar Massa molecolare CH4: 16 kg/kmol Potere calorifico del CH4: 50.01 MJ/kg Composizione molare aria: N2 = 79%, O2 = 21% Massa molecolare CO2: 44 kg/kmol Massa molecolare NO2: 46 kg/kmol Soluzione Dai dati del problema è immediatamente possibile valutare la potenza termica utile resa dalla caldaia. Sono in- fatti assegnate: • la portata volumetr ica di combustibile: CV& = 250 Sm3/h (Sm3 sono m3 valutati alle condizioni standard) • la densità del combustibile: 4CHMp TRρ ⋅ ⋅= = 0.6540 kg/m3, dato che: R è la costante dei gas, pari a 8314 J/kmol-K, T è la temperatura standard pari a 25°C = 298.15 K, p è la pressione standard pari a 1 atm = 101325 Pa, M CH4 è la massa molecolare del combustibile pari a 16 kg/kmol, e quindi la portata di combustibile introdotto in caldaia ( Cm& ) è calcolabile come: CC Vρm && = = 4.542 x 10−2 kg/s, mentre la potenza termica utile (PUT) della caldaia è determinata grazie alla relazione: TCUT ηPCImP ⋅⋅= & = 1931…