A.A. 2017-2018 Esercitazione N. 5 Pagina 1 di 2

Nome e Cognome: ___________________________ Matricola: ______________ CS:_____________________

Università degli Studi di Cagliari

Corsi di Studio in Ingegneria Chimica, Elettrica e Ambientale

CORSI DI MACCHINE E SISTEMI ENERGETICI E DI TERMODINAMICA E MACCHINE

A.A. 2017/2018 --- Esercitazione N. 5

Problema N. 1

Lo stadio di un compressore centrifugo opera con anidride carbonica (cp=0,89 kJ/kg K e k=1,28) a partire dalle condizioni iniziali p1=1,0 bar,

T1=15 °C e C1=10 m/s. Il compressore opera con un rapporto di compressione pari a 2, un rendimento politropico del 91% e con una velocità all'uscita (c3) ancora pari a 10 m/s. Valutare la velocità, temperatura e la pressione dell'aria nella sezione intermedia dello stadio (2) localizzata fra il rotore (R) e lo statore (S) nel caso in cui il grado di reazione sia par all’82%. Valutare inoltre la potenza elettrica assorbita nel caso di una portata di fluido pari a 10 kg/s e di un rendimento elettromeccanico del 95%.

Velocità c2 Pressione P2 Temperatura T2 Potenza elettrica

______ [m/s] ______ [bar] ______ [°C] _____ [kW]

Problema N. 2

Lo stadio di una turbina centripeta opera con gas combusti (cp=1,15

kJ/kg K e k=1,33) a partire dalle condizioni iniziali p1=4,0 bar, T1=950 °C e C1=25 m/s. La turbina opera con una pressione finale p3=1,0 bar, un rendimento politropico del 90%, con una velocità all'uscita dello statore (c2) pari a 550 m/s e con una velocità all'uscita (c3) ancora pari a 25 m/s. Valutare la temperatura e la pressione del fluido nella sezione intermedia dello stadio (2) localizzata fra lo statore (S) e il rotore (R), nonché il grado di reazione. Valutare inoltre la potenza prodotta nel caso di una portata di gas combusti pari a 10 kg/s e di un rendimento elettromeccanico del 95%.

Pressione P2 Temperatura T2 Grado di Reazione Potenza elettrica

______ [bar] ______ [°C] ______ [-] _____ [kW]

R

1

3

M S

2

S

1

3

G R

2

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Problema N. 3

Il diffusore utilizzato per recuperare l’energia cinetica allo scarico di una turbina a gas presenta le seguenti condizioni di funzionamento:

temperatura all’ingresso ( T1 ) .......................................................................... 450 °C

pressione all’ingresso ( p1 )............................................................................... 1,2 bar

velocità all’ingresso (c1 ) ................................................................................... 250 m/s

Assumendo calori specifici costanti (nella fattispecie si assuma cp,gas =1.1 kJ/kg K, k

gas =1.35), valutare la

pressione e la temperatura dei gas all’uscita nel caso di un rendimento del diffusore del 92% e di una velocità all’uscita di 50 m/s. Calcolare inoltre le sezioni di ingresso e di uscita nel caso in cui la portata elaborata sia pari a 250 kg/s, verificando se il diffusore è un semplice divergente oppure un convergente-divergente.

Pressione P2 Temperatura T2 Sezione A1 Sezione A2 Tipo diffusore

______ [bar] ______ [°C] _____ [m2] _____ [m2] ____________

Problema N. 4

Un ugello è caratterizzato dai seguenti parametri operativi:

pressione all’ingresso ( p1 )............................................................................... 12,0 bar

temperatura all’ingresso (T1 ) .......................................................................... 850 °C

velocità all’ingresso (c1 ) ................................................................................... 80 m/s

pressione all’uscita ( p2 ) ................................................................................... 4 bar

temperatura all’uscita ( T2 ) .............................................................................. 600 °C

Assumendo kgas

=1,35 e Rgas

=290 J/kg K valutare il rendimento e la velocità all’uscita dell’ugello. Verificare

inoltre se l’ugello è un semplice convergente oppure un convergente-divergente.

Rendimento Velocità C2 Tipo ugello

______ [%] ______ [m/s] _____