Energy Engineering - Energy Conversion A

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CONVERSIONE DELL’ENERGIA A 20 20 -21 Esame 08/09 /20 21 Ricordarsi di scrivere codice persona, nome e cognome su tutti i fogli consegnati . 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) Una stazione di riduzione della pressione sulla rete di distribuzione del gas naturale elabora una portata pari a 14400kg/h da una pressione di 2.5 MPa e una temperatura di 15°C fino ad una pressione di 0.5 MPa utilizzando una valvola di laminazione. Siccome il fluido si raffredda durante il processo, questo viene scaldato utilizzando acqua calda prima della laminazione. L'acqua calda utilizzata a tal scopo è prodotta da una calda ia a gas naturale. Per semplicità si consideri il gas naturale come metano puro (proprietà al punto critico: 4.6 MPa e 191K) e si considerino le seguenti informazioni: • coefficiente di comprimibilità medio nel processo di laminazione (Z)=0.97 • calore specifi co pressione costante medio nel processo di laminazione, (cp)=2.3 kJ/kgK • coefficiente di Joule -Thompson medionel processo di laminazione (dT/dp)=4.8°C/MPa Si chiede di: i. Evidenziare e giustificare tutte le assunzioni utilizzate per lo svolgimento dell’eser cizio (1 punto) ii. Disegnare accuratamente il diagramma Ts del processo avendo cura di tracciare le curve isoentalpiche (2.5punti) iii. Disegnare lo schema di processo e calcolare il combustibile consumato per scaldare l'acqua in modo che a valle del processo di l aminazione la temperatura del gas naturale sia pari a 10°C (2.5 punti) iv. Stimare la perdita di potenza utile dovuta alla laminazione (2 punti) v. Sapendo che la seguente affermazione è vera "l'aggiunta di idrogeno al gas naturale riduce il consumo di combustibile alla caldaia" se ne fornisca una giustificazione senza effettuare calcoli (proprietà critiche dell'idrogeno: 1.3 MPa e 33.1K) (2 punti) ESERCIZIO 2 (12 punti) Alcuni studenti di ingegneria energetica sono in vacanza ai caraibi ma si trovano in un ostello senza corrente elettrica. Siccome sono appassionati di sub sanno che esiste una la differenza di temperatura tra l’acqua oceanica superfic iale (30°C) e quella profonda (4°C) e decidono di progettare un ciclo di potenza in grado di produrre i 10kW necessari per tutte le luci e il frigobar dell’ostello . Decidono che realizzeranno il ciclo chiuso saturo con ammoniaca come fluido di lavoro perché è disponibile in abbondanza per le pulizie dell’ostello e perché l’inserviente ne conosce le proprietà termodinamiche quali Tcritica=132°C, pcritica=113bar, cp0=2100J/kgK, densità di liquido=630 kg/m3, pressione di saturazione a 15°C=7.3bar. Si chi ede di: i. Evidenziare e giustificare tutte le assunzioni utilizzate per lo svolgimento dell’esercizio (1 punto) ii. Disegnare lo schema di impianto e tracciare il diagramma nel piano Ts (2 punti) iii. Calcolare e il rendimento di primo principio dell’impianto (2 punti) iv. Calcolare e il rendimento di secondo principio dell’impianto, inoltre senza effettuare calcoli riportare l’elenco delle perdite di rendimento di secondo principio in ordine di importanza (2 punto ) v. Calcolare la portata di fluido di lavoro e di acqua profonda da utilizzare per l’impianto (2 punti) vi. Proporre un dimensionamento della turbina del ciclo termodinamico in termini di numero e tipologia degli stadi, dimensioni e velocità di rotazione ottima (3 punti )