12 Cicli combinati

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Esercitazione CICLO COMBINATO Una turbina a gas opera secondo un ciclo Joule-Brayton (per i calcoli si faccia riferimento al ciclo ad aria standard, peso atomico mm = 28,8) che opera tra una pressione iniziale di P1 = 1 atm e alla temperatura iniziale T1 = 27 °C ed una temperatura massima all'ingresso della turbina pari a T3 = 1427 °C. Il rapporto manometrico di compressione che massimizza il lavoro specifico del ciclo è β = 20. Utilizzando tale rapporto si calcoli la temperatura all'uscita del compressore T2, il calore specifico da fornire al ciclo qIN, la temperatura all'uscita della turbina T4 e il rendimento del ciclo η. Si determini inoltre la portata di gas ṁgas necessaria affinché l'impianto eroghi una potenza netta di 250 MW e l'area utile di ingresso in turbina Ω, sapendo che la velocità del gas all'ingresso della stessa è pari a w = 100 m/s. Il 90% della potenza termica scaricata dall'impianto sopra descritto è trasferita ad una sezione a ciclo Rankine dove il vapore è condensato alla temperatura di 33 °C, l'acqua è inviata in caldaia alla pressione di 15 MPa e riscaldata sino alla temperatura di 600 °C(*) . Il vapore subisce una prima espansione in una turbina ad alta pressione sino alla pressione di 1 MPa ed è quindi nuovamente surriscaldato sino a 600 °C(*) prima di essere espanso nella turbina di bassa pressione. Si determini il rendimento del ciclo Rankine ηR, la potenza generata dalla sezione a vapore PR e il rendimento globale del ciclo combinato ηCC. (*)Si noti che la temperatura di 600 °C che, secondo il testo, l'aria del ciclo Rankine dovrebbe raggiungere è errata. Si calcolerà infatti che la temperatura massima raggiunta dall'aria nel primo ciclo Joule-Brayton è di circa 449 °C, il che rende impossibile un riscaldamento dell'aria nel secondo ciclo…