Cicli  a  gas    

Di:  Alberto  Mazzalovo  Christian  Moretti  Lorenzo  Rosbuco  

Massimiliana  Di  Placido                            

                                 

PUNTO  1:  DIAGRAMMI  RENDIMENTO  LAVORO  SPECIFICO    Attraverso  il  programma  TURBOGAS  abbiamo  ricavato  i  rendimenti  e  i  lavori  specifici  dei  vari  cicli  a  gas  per  diversi  rapporti  di  compressione  β,  individuando  il  punto  di  massimo  rendimento  e  il  punto  di  massimo  lavoro.    Ipotizziamo  una  TIT  di  1200°C.  

a)   ciclo  a  gas  semplice:  variazione  β  da  4  a  40      

Ciclo  Semplice  β   Lu  [kJ/kg]   η_HHV   η_LHV  4   237,6   0,1795   0,1992  8   306,8   0,2588   0,2872  12   327,9   0,2983   0,3311  15   331,1   0,3165   0,3512  16   330,8   0,3312   0,3564  20   325,8   0,3354   0,3722  24   316,7   0,3443   0,382  28   305,3   0,3494   0,3877  32   292,2   0,3514   0,3899  36   277,2   0,3507   0,3891  40   262,6   0,348   0,3862  

 β=15  rappresenta  il  punto  a  massimo  lavoro  specifico  β=32  rappresenta  il  punto  a  maggior  rendimento    

b)   ciclo  a  gas  interrefrigerato:  variazione  β  da  4  a  90  (dove  β  del  compressore  di  bassa  pressione  

è  pari  a  𝛽𝐵𝑃 = 𝛽𝑡𝑜𝑡'()  

Ciclo  Interrefrigerato  β   β  BP   β  AP   Lu  [kJ/kg]   η_HHV   η_LHV  5   1,71   2,92   279,1   0,2071   0,2298  10   2,15   4,64   362,9   0,2855   0,3168  15   2,47   6,08   396,9   0,3247   0,3603  20   2,71   7,37   412   0,3478   0,386  25   2,92   8,55   419,2   0,3635   0,4034  30   3,11   9,65   421,5   0,3743   0,4153  35   3,27   10,70   420,4   0,3817   0,4236  40   3,42   11,70   417,6   0,3871   0,4295  45   3,56   12,65   414,3   0,3912   0,4341  50   3,68   13,57   409,9   0,3941   0,4373  55   3,80   14,46   405,6   0,3964   0,4399  60   3,91   15,33   400,5   0,3979   0,4413  65   4,02   16,17   395,7   0,399   0,4427  70   4,12   16,98   390,4   0,3994   0,4432  75   4,22   17,78   385,3   0,3997   0,4435  80   4,31   18,57   379,8   0,3995   0,4433  85   4,40   19,33   374,4   0,399   0,4427  90   4,48   20,08   369   0,3983   0,4419  

 β=15  rappresenta  il  punto  a  massimo  lavoro  specifico  β=32  rappresenta  il  punto  a  maggior  rendimento  

c)ciclo  a  gas  rigenerativo:  variazione  di  β  da  4  a  40    

Ciclo  Rigenerativo  β   Lu  [kJ/kg]   η_HHV   η_LHV  4   218,2   0,3854   0,4277  6   263,6   0,3892   0,4319  8   289,6   0,3866   0,4291  12   313,8   0,3725   0,4134  16   319,4   0,3544   0,3932  17   319,5   0,3499   0,3883  20   317,1   0,3365   0,3734  24   312,7   0,3399   0,3772  28   301,5   0,345   0,3829  32   288,5   0,3469   0,3849  36   273,6   0,3461   0,3841  40   259,5   0,344   0,3817  

β=17  rappresenta  il  punto  a  massimo  lavoro  specifico  β=6  rappresenta  il  punto  a  maggior  rendimento      

d)  ciclo  a  gas  interrefrigerato-­‐‑  rigenerativo:  variazione  di  β  da  4  a  40  (in  questo  caso  𝛽𝐵𝑃 =

𝛽𝑡𝑜𝑡'))  

 Ciclo  ICR  

β   β  BP   β  AP   Lu  [kJ/kg]   η_HHV   η_LHV  4   2,00   2,00   230,4   0,4068   0,4514  8   2,83   2,83   326,2   0,4315   0,4789  11   3,32   3,32   363,3   0,4354   0,4832  12   3,46   3,46   371,4   0,435   0,4827  16   4,00   4,00   396   0,4311   0,4784  20   4,47   4,47   410,7   0,4257   0,4723  24   4,90   4,90   420   0,4194   0,4654  28   5,29   5,29   425,7   0,4132   0,4585  32   5,66   5,66   429,2   0,4068   0,4514  36   6,00   6,00   430,8   0,4005   0,4444  40   6,32   6,32   431,3   0,3944   0,4377  44   6,63   6,63   431,4   0,3889   0,4315  48   6,93   6,93   430,8   0,3833   0,4253  52   7,21   7,21   429,6   0,378   0,4195  56   7,48   7,48   428,4   0,3732   0,4142  60   7,75   7,75   426,6   0,3682   0,4086    

β=44  rappresenta  il  punto  a  massimo  lavoro  specifico  β=11  rappresenta  il  punto  a  maggior  rendimento    

A  pagina  seguente  il  grafico  rendimento-­‐‑lavoro  specifico  ottenuto  da  questi  dati.  

   Si  osserva  che  il  rendimento  è  in  generale  più  elevato  nel  caso  in  cui  ho  sia  rigenerazione  che  interrefrigerazione  perché  con  la  rigenerazione  riesco  a  preriscaldare  l’aria  in  uscita  dal  compressore  di  alta  pressione  riducendo  così  la  portata  di  combustibile,  inoltre  interrefrigerando  riduco  il  lavoro  del  compressore  perché  mi  avvicino  di  più  a  una  compressione  isoterma  che  è  la  compressione  che  ha  il  minor  lavoro  (nonostante  ciò  i  cicli  ICR  non  sono  molto  diffusi  per  l’elevato  costo  di  impianto  e  quindi  a  costo  elevato  è  preferibile  il  ciclo  combinato  poiché  ha  rendimenti  migliori).    Si  nota  inoltre  che  il  caso  rigenerativo  oltre  un  certo  β  va  a  coincidere  con  il  ciclo  semplice  poiché  la  TOT  diventa  inferiore  alla  temperatura  di  uscita  dal  compressore  e  quindi  si  annulla  la  rigenerazione  (i  rendimenti  sono  addirittura  leggermente  inferiori  al  caso  semplice  poiché  dovrò  comunque  vincere  le  perdite  di  carico  del  rigeneratore).  Notiamo  che  il  caso  interrefrigerato  è  spostato  a  destra  nel  grafico  perché  diminuendo  il  lavoro  del  compressore  aumenta  il  lavoro  utile.    PUNTO  1:  ANALISI  ENTROPICA  AL  β  DI  OTTIMO  RENDIMENTO  Dall’  analisi  entropica  otteniamo  le  seguenti  perdite  di  rendimento:  

Δη%  Lrev     CICLO  SEMPLICE   INTERREFRIGERATO   RIGENERATIVO   ICR  COMBUSTIONE   27,763   29,15   26,912   27,877  COMPRESSIONE   4,267   4,989   2,505   2,846  ESPANSIONE   6,226   6,193   6,27   5,833  SCARICO   22,471   11,881   17,695   9,941  

RIGENERAZIONE   0   0   3,363   2,825  PERDITE  CARICO  

FILTRO/SILENZIATORE   0,218   0,185   0,266   0,216  

INTERREFRIGERAZIONE   0   3,296   0   2,627  MECCANICHE                              ELETTRICHE  

1,331   1,397   1,201   1,249  

Δη%  Lrev  totale   62,276   57,091   58,212   53,414  η%  Lrev   37,724   42,909   41,788   46,586  

 possiamo  rappresentare  queste  perdite  in  un  diagramma  a  barre:  

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 100 200 300 400 500

η

Lu  [kJ/kg]

η-­‐‑Lu

Ciclo  Semplice

Ciclo  Interrefrigerato

Ciclo  Rigenerativo

Ciclo  ICR