CICLO COMBINATO CON SPILLAMENTO IN TURBINA E RIGENERATORE DI TIPO CHIUSO
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1 CICLO COMBINATO CON SPILLAMENTO IN TURBINA E RIGENERATORE DI TIPO CHIUSO 2J 3J 3J 1J sc 4J 2J 4J m m J 4 3 m m m 1 2 m 2 5 m m 1
2 CICLO COMBINATO CON SPILLAMENTO IN TURBINA E RIGENERATORE DI TIPO CHIUSO 6bis. Si consideri un impianto combinato avente le seguenti caratteristiche: Ciclo Joule: - l aria viene aspirata a 1 bar e 300K; - la temperatura del gas all uscita della turbina è 900K; - il rapporto tra le pressioni è 10; - la portata di aria aspirata è 100 kg/s; - tra il ciclo Joule e quello Hirn viene posizionato uno scambiatore avente un rendimento pari a 0.80; Ciclo Hirn: - la pressione minima del ciclo è 0.2 bar; - il vapore entra nella turbina di alta pressione di 30 bar ed alla temperatura di 400 C; - durante l espansione (alla pressione di 20 bar) viene spillata una portata m 2 di vapore che viene fatta entrare in uno scambiatore di tipo chiuso (rigeneratore) in controcorrente con la portata non spillata proveniente dal condensatore; dopo aver ceduto tutto il calore latente di condensazione la portata spillata viene pompata fino alla pressione superiore e miscelata alla portata non spillata (che si trova alla stessa temperatura). Determinare: - la portata di vapore spillata; - la portata di vapore non spillata; - il rendimento del ciclo; - la potenza meccanica prodotta dal ciclo.
3 IMPIANTO FRIGORIFERO CON DUE EVAPORATORI 9. Si consideri un impianto frigorifero a compressione di vapore che usa R134a come fluido refrigerante. Sapendo che: - durante la laminazione una frazione della portata viene spillata e immessa nell evaporatore ad alta temperatura che opera alla pressione di 3.2 bar con una capacità di refrigerazione pari a 4 kw, producendo vapor saturo; -la portata non spillata viene immessa nell evaporatore a bassa temperatura opera a -18 C ed ha una capacità di refrigerazione di 6kW producendo vapor saturo; - all uscita dell evaporatore ad alta temperatura il fluido viene laminato fino alla pressione minima del ciclo e miscelato con la portata proveniente dall evaporatore a bassa temperatura e poi compresso isoentropicamente fino a 10 bar; - all uscita del condensatore si ha liquido saturo; deteminare: - la portata di fluido refrigerante attraverso ogni evaporatore in kg/min; -la potenza meccanica necessaria al compressore in kw; - la potenza termica ceduta dal condensatore in kw.
4 IMPIANTO FRIGORIFERO A COMPRESSIONE DI VAPORE CON CAMERA DI SEPARAZIONE (liquido - vapore) E COMPRESSIONE A DUE STADI 10. Si consideri un impianto frigorifero a compressione di vapore con camera di separazione liquido-vapore. Sapendo che: - l impianto limpianto deve mantenere un locale alla temperatura di -30 C; - l ambiente esterno si trova a 20 C; - il fluido evolvente è R134a; - all uscita del condensatore il fluido è liquido saturo; - dopo una prima laminazione i la miscela entra nella camera di separazione dalla quale il liquido id viene laminato fino alla pressione di vaporizzazione mentre il vapor saturo viene miscelato al fluido che esce dal compressore a bassa pressione; dopo la miscelazione il fluido viene compresso fino alla pressione di condensazione; - all uscita dalla camera di separazione liquido-vapore la frazione di vapor saturo (rispetto alla portata totale di fluido) è pari al 27%; - all uscita dell evaporatore il fluido è vapor saturo; - la portata totale che evolve nell impianto è pari a 0.10 kg/s; -i compressori hanno un rendimento isoentropico pari al 90%; determinare: - il rendimento termodinamico (o coefficiente di prestazione) dell impianto con camera di separazione liquidovapore; - la potenza meccanica spesa dai compressori; - la pressione a cui lavora la camera di separazione liquido-vapore; - la potenza termica sottratta alla cella frigorifero; - il rendimento termodinamico (o coefficiente di prestazione) dell impianto senza camera di separazione liquido- vapore, e quindi con un unica laminazione i dalla pressione di condensazione fino a quella di vaporizzazione. i FT
5 10. IMPIANTO FRIGORIFERO A COMPRESSIONE DI VAPORE CON CAMERA DI SEPARAZIONE (liquido - vapore) E COMPRESSIONE A DUE STADI
6 IMPIANTO FRIGORIFERO A PIU STADI (O A CASCATA) Si consideri un impianto industriale che opera con due cicli frigoriferi a cascata. Sapendo che: - l impianto frigorifero che opera ad alta temperatura ha come fluido evolvente R12 e cede calore all ambiente esterno che si trova a 30 C; - l impianto frigorifero che opera a bassa temperatura ha come fluido evolvente R134a ed assorbe una potenza termica da una portata di aria di 0.5 kg/s che deve essere raffreddata dalla temperatura di -10 C fino alla temperatura di -25 C; - i due cicli hanno in comune uno scambiatore di calore (che funziona da evaporatore per il ciclo R12 e da condensatore per il ciclo R134a) che ha un rendimento pari al 90%; - l evaporatore del ciclo R134a ed il condensatore del ciclo R12 presentano una perdita di carico pari al 5% durante il cambio di stato; -nel condensatore il fluido R134a si trova alla temperatura t r di 5 C; determinare: - gli stati termodinamici dei due cicli; - la potenza termica che viene sottratta alla cella frigorifero; - le portate dei due fluidi refrigeranti; - le potenze meccaniche spese dai compressori; - i rendimenti dei due cicli; - il rendimento dell intero impianto.
7 11. IMPIANTO FRIGORIFERO A PIU STADI (O A CASCATA)
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10 IMPIANTO FRIGORIFERO AD ARIA CON RIGENERATORE 15. Un locale viene mantenuto alla temperatura di -30 C con un impianto ad aria che opera con un ciclo Joule inverso con rigeneratore. Il ciclo presenta le seguenti caratteristiche: - l aria aspirata dal locale prima di entrare nel compressore attraversa un rigeneratore (scambiatore di calore) dal quale esce ad una temperatura superiore ; - il rapporto di compressione è pari a 2; - dopo la compressione il fluido cede calore all ambiente esterno fino a portarsi ad una differenza di temperatura con l ambiente stesso pari a 5 C; - l ambiente esterno si trova a 25 C; - per raffreddare ulteriormente l aria prima dell espansione viene utilizzato il rigeneratore di cui sopra; - la portata di aria evolvente è 0.10 kg/s; - la potenza termica da sottrarre al locale è 1 kw; Determinare: - gli stati termodinamici del ciclo; - il lavoro netto del ciclo; - il coefficiente di prestazione o rendimento termodinamico dell impianto
11 15. IMPIANTO FRIGORIFERO AD ARIA CON RIGENERATORE
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