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
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