Exercises with numerical results

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Corso di Macchine a fluido Dipartimento di Energia, Politecnico di Milano Esercitazioni del corso di MACCHINE per Allievi Energetici a.a. 2013/14 Esercizi di Macchine Indice 1 Equazioni di conservazione 3 2 Impianti di sollevamento acqua e macchine operatrici idrauliche 5 3 Impianti idroelettrici e turbine idrauliche 13 4 Compressori di gas 18 5 Cicli Rankine e turbine a vapore 24 6 Cicli e turbine a gas 36 2 Esercizi di Macchine Capitolo 1 Equazioni di conservazione Esercizio 1.1 Una macchina opera tra una pressione di ingresso pari a 10 bar e una pressione di uscita di 6 bar. All’ingresso il fluido di lavoro (aria) si trova alla temperatura di 1000 K. La macchina fornisce all’esterno una potenza meccanica di 450 kW e cede all’ambiente una potenza termica pari a 50 kW. Si vuole determinare la temperatura dell’aria in uscita dalla macchina sapendo che la portata ` e 5 kg/s. Si trascurino le energie cinetiche e la differenza di quota sulle sezioni di ingresso e uscita. (ARIA : R = 287 J/kg K; Cp = 1004 J/kg K) Esercizio 1.2 Si consideri una macchina che elabora una portata di 10 kg/s di aria. Le condizioni in ingresso (1) e uscita (2) sono p1 = 1 bar, T1 = 20◦C, p2 = 1 bar, T2 = 400◦C; i diametri dei condotti in ingresso in uscita sono D2 = D1 = 0.5 m. Il lavoro prodotto ` e 1/3 del calore entrante. a) Si calcoli la potenza meccanica prodotta dalla macchina. b) Ipotizzando che il calore ceduto alla macchina sia prodotto per mezzo di una combustione esterna di un com- bustibile con potere calorifico inferiore pari a 40000 kJ/kg, se ne calcoli il consumo orario. (ARIA : R = 287 J/kg K; Cp = 1004 J/kg K) Esercizio 1.3 Una macchina disposta su un asse orizzontale ` e alimentata da una portata di 10 kg/s di aria ( R = 287 J /kg K; Cp = 1004 J /kg K) alla pressione p1 = 10 bar e…