SISTEMI ENERGETICI LM per allievi Ingegneri Meccanici Appello del 25 Giugno Proff. Consonni S., Chiesa P., Martelli E.

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1 SISTEMI ENERGETICI LM per allievi Ingegneri Meccanici Appello del 25 Giugno 2013 Proff. Consonni S., Chiesa P., Martelli E. Tempo a disposizione: 2 ore Avvertenze per lo svolgimento del tema d esame: 1) Indicare chiaramente nome e cognome su tutti i fogli che si intendono consegnare. 2) Il punteggio si riferisce ad esercizi svolti in modo completo con risultati numerici esatti. Risultati numerici corretti ma non accompagnati dalle relative spiegazioni non saranno presi in considerazione. 3) Rispondere brevemente ma con chiarezza solamente ai quesiti posti. Calcoli e spiegazioni - pur corretti in sé - che non rispondono ai quesiti posti non saranno considerati ai fini della valutazione. 4) Parlare con i colleghi e/o copiare prevede l immediato annullamento del compito. 5) La votazione dell'esame è la somma dei voti riportati nei singoli esercizi e di un bonus (punti 3) assegnato in considerazione della comprensibilità della calligrafia, dell'ordine del testo della risoluzione, del livello delle spiegazioni a corredo. Il punteggio minimo per l'ammissione all'orale è 16/30. Quesito 1 (punti 18) Una caldaia per riscaldamento domestico (schematizzata secondo lo schema di figura 1) brucia gas naturale avente la seguenti caratteristiche: composizione molare: CH 4 = 0.910, C 2 H 6 : = 0.055, CO 2 : = 0.020: N 2 = massa molare: kg/kmol potere calorifico inferiore pari a MJ/kg Noto che: La caldaia riscalda da 40 C a 60 C una portata d acqua pari a 1 litro di acqua al secondo la temperatura adiabatica di fiamma è pari a 1000 C la composizione molare dell'aria è la seguente: Massa molare, Fraz. molare kg/kmol N O Ar Acqua totale le perdite termiche dal mantello della caldaia sono pari allo 0.5% della potenza termica del combustibile (base PCI) la temperatura dei fumi al camino è pari a 90 C ed il c P è pari a 1.10 kj/kg-k la temperatura dell aria ambiente è pari a 10 C ed il c P è pari a 1.01 kj/kg-k la temperatura del combustibile è pari a 10 C ed il c P è pari a 2.3 kj/kg-k Si richiede di determinare: 1) il rendimento termico di caldaia, 2) la portata di combustibile, aria e fumi, Si chiede infine di valutare il funzionamento nella condizione di funzionamento primaverile in cui: - l aria comburente ed il combustibile entrano nel combustore a 25 C - la portata di combustibile e l eccesso d aria sono mantenuti costanti - la portata d acqua è mantenuta costante - la temperatura dell acqua all ingresso della caldaia (T W2 ) è pari a 45 C. In particolare calcolare il rendimento termico di caldaia e la temperatura dei fumi al camino.

2 Figura 1. Rappresentazione schematica della caldaia Quesito 2 (12 punti) Si consideri il ciclo frigorifero a doppia laminazione riportato nella figura sottostante. Esso impiega R134a quale fluido refrigerante e opera secondo i seguenti parametri progettuali: Temperatura di condensazione, C: 44 Pressione al separatore di liquido (punti 2, 9,3), bar: 6 Titolo del fluido all'ingresso del separatore di liquido (punto 2): 0.17 Pressione di evaporazione (punti 4, 5), bar: 3 T di surriscaldamento del vapore all uscita dell evaporatore, C: 5 Entalpia del fluido all'ingresso del condensatore (punto 8), kj/kg: 440 Potenza termica ceduta al condensatore, kw: 150 Calore specifico liquido sotto-raffreddato, kj/kg-k 1.52 Rendimento meccanico compressore: 0.95 Rendimento elettrico motore compressore: 0.92 In base ai dati sopra elencati si richiede di - determinare se il condensatore opera con un T di sub-cooling (sottoraffreddamento) e se si, stimare il corrispondente valore del T di sub-cooling - tracciare i diagrammi p-h e T-s del ciclo - determinare la potenza elettrica richiesta dal motore che trascina il compressore ed il COP del ciclo frigorifero. condensatore 8 separatore di liquido compressore BP 6 7 ~ 3 4 evaporatore 5 compressore AP Figura 2. Ciclo frigorifero a doppia laminazione Proprietà dell'r134a in condizioni di saturazione liquido vapore T, C p, bar ρ, kg/m 3 h, kj/kg s, kj/kg-k ρ, kg/m 3 h, kj/kg s, kj/kg-k

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