Exercise 5 Turbomachines

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CONVERSIONE DELL’ENERGIA 1 Esercizio 5: Da un processo industriale è disponibile una corrente di 30 l/s di acqua pressurizzata alla temperatura di 200°C. Si progetti un ciclo termodinamico per la produzione di potenza. Il ciclo è condensato ad aria e l’introduzione di calore avviene in un unico scambiatore Once -Through (OT-HE). Sono noti i seguenti dati progettuali e le seguenti proprietà del fluido di lavoro: 𝑇𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 20°C 𝑀𝑀 60 kg/Kmol ∆𝑇𝑎𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡,𝑐𝑜𝑛𝑑 10°C 𝑐𝑝0 700 J/kgK ∆𝑇𝑎𝑝𝑝𝑟𝑜𝑎𝑐ℎ 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡,𝑂𝑇−𝐻𝐸 20°C 𝑐𝑝𝐿 1300 J/kgK ∆𝑇𝑝𝑖𝑛𝑐ℎ 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡,𝑂𝑇−𝐻𝐸 5°C 𝑇𝑐𝑟 400°C 𝑝𝑐𝑟 200 bar 𝜌𝐿 900 kg/m3 Si consideri inoltre che lo scarico isentropico della turbina monostadio che realizza l’espansione sia esattamente al punto di vapor saturo. Si richiede di: i. Evidenziare chiaramente nel testo e giustificare tutti i parametri assunti e i loro valori ii. Disegnare lo schema di impianto e il diagramma Ts del ciclo iii. Con l’uso di opportune semplificazioni e assumendo valori ragionevoli per l’efficienza delle turbomacchine calcolare lo stato termodinamico (T,p,h,s) di tutti i punti del ciclo iv. Calcolare la potenza elettrica netta prodotta NB: in giallo vengono evidenziate le assunzioni a carico dello studente CONVERSIONE DELL’ENERGIA 2 1. Rappresentazione del ciclo nel piano 𝑻𝒔 Il fluido con cui è realizzato l’impianto di potenza non è certamente acqua (o un altro fluido noto) altrimenti sarebbe riportato nel testo o riconosceremmo valori noti per i parametri critici. Disegnare il ciclo nel piano 𝑇𝑠 non è allora scontato e non è possibile fare una rappresentazione accurata senza prima conoscere la complessità del fluido di lavoro. 1.1. Valutazione della complessità molecolare: calcolo il parametro 𝜃 e il parametro 𝛾 𝜃 = 𝛾 − 1 𝛾 = 𝑅 𝑐̃𝑝0 = 𝑅∗ 𝑐𝑝0 → 𝜃 = 0.198; 𝛾 = 1.247 Il fluido è poco…