Progettazione dei sistemi energetici

Il rendimento isoentropico di una trasformazione di compressione. nessuna di queste. valuta la compressione indipendentemente da ciò che l'ha preceduta. è un indice della qualità della trasformazione. è il rapporto tra il lavoro reale e il lavoro ideale.

Nel caso di sistema aperto, flusso stazionario e macchina adiabatica, l'equazione generale dell'energia in forma termodinamica: si riduce a L=cv•ΔT, dove L è il lavoro scambiato con l'esterno, cv il calore specifico a volume costante e ΔT la variazione di temperatura. si riduce a dL=dh, dove L è il lavoro scambiato con l'esterno e h è l'entalpia. dL+dQ=du, dove L e Q sono il lavoro e il calore scambiati con l'esterno e u l'energia interna. è pari a L=cp•(T1-T2) per una trasformazione di compressione, con L positivo.

Il rendimento isoentropico di una trasformazione di compressione: valuta la compressione indipendentemente da ciò che l'ha preceduta. nessuna di queste. è il rapporto tra il lavoro ideale e il lavoro reale. è un indice della qualità della trasformazione.

Il rendimento politropico di una trasformazione di espansione: è pari al rapporto tra il lavoro reale e quello ideale. nessuna di queste. valuta i singoli stadi di espansione in base a ciò che li ha preceduti. dipende dal rapporto di espansione.

Il rendimento politropico di una trasformazione di compressione. è sempre inferiore all'isentropico. dipende dalla qualità della trasformazione attraverso gli indici k ed n della politropica. dipende dal rapporto di compressione. è pari al rapporto tra il lavoro reale e quello ideale.

Il potere calorifico di un combustibile. è la quantità di calore che deve essere sottratta ai prodotti di combustione per riportarli alla temperatura dei reagenti prima della combustione. è la quantità di calore necessaria per innalzare, o diminuire, la temperatura di un'unità di massa di combustibile di 1 K. è uguale al minimo potere calorifico, superiore o inferiore, dei suoi componenti. nessuna di queste.

L'eccesso di aria fornito in un processo di combustione. consente di ridurre le perdite al camino. è indispensabile per ovviare alle inevitabili dissimmetrie nella distribuzione dell'aria al bruciatore ed evitare incombusti. non dipende dal tipo di combustibile impiegato. è pari al 23%.

L'eccesso d'aria in un processo di combustione. varia tra il 10-30% per i combustibili gassosi. varia tra il 40-80% per combustibili solidi. è maggiore nel caso dei combustibili gassosi rispetto a quelli solidi per consentire l'intima miscelazione dei gas. varia tra il 5-15% per combustibili solidi.

Nel caso di ciclo Brayton ideale chiuso. le trasformazioni di compressione ed espansione sono adiabatiche e reversibili. le trasformazioni di scambio di calore con l'esterno sono adiabatiche. le trasformazioni di scambio di calore con l'esterno sono isocore. le trasformazioni di compressione ed espansione sono adiabatiche.

Nel caso di ciclo Brayton ideale chiuso. all'aumentare della temperatura di fine compressione diminuisce la temperatura media di introduzione del calore. il rendimento dipende dalla temperatura massima di ciclo. il rendimento dipende unicamente dall'innalzamento di temperatura isentropico fornito dal compressore. il rendimento non dipende dal calore specifico del gas.

Il ciclo di riferimento ideale delle turbine a gas. nessuna di queste. presenta una trasformazione di riscaldamento a pressione costante. è costituito, tra le altre, da una trasformazione di espansione isoterma. è il cosiddetto ciclo di Hirn.

Nel caso di ciclo di Brayton reale aperto. la perdita principale è legata all'assorbimento di potenza da parte dei principali organi ausiliari. le trasformazioni di compressione ed espansione sono considerate adiabatiche ma non reversibili. si hanno perdite esterne per incompleta ossidazione del combustibile. le perdite per incompleta combustione sono sensibili.

Nel caso di ciclo Brayton ideale aperto. il fluido di lavoro è acqua/vapore. il calore specifico del gas è costante. l'introduzione del calore avviene tramite una combustione esterna. nessuna di queste.

Nel caso di ciclo Brayton ideale aperto. si raggiungono temperature inferiori a quelle del ciclo ideale chiuso. l'impianto prevede l'impiego di scambiatori. si utilizza aria come fluido di lavoro e la pressione inferiore del ciclo è pari a quella ambiente. l'introduzione del calore avviene tramite una combustione esterna.

Nel caso di ciclo di Brayton reale aperto. le perdite termiche sono dell'ordine del 5-10%. il rapporto di compressione ottimale per il rendimento ed il lavoro specifico coincidono per elevati valori di rendimenti delle turbomacchine. le perdite per incompleta combustione sono trascurabili nelle turbine a gas operanti con elevato eccesso d'aria. il rapporto di compressione ottimo per il rendimento aumenta per bassi valori dei rendimenti delle turbomacchine.

I compressori maggiormente impiegati negli impianti turbogas. sono compressori dinamici assiali con rapporto di compressione per stadio di 3-4. sono compressori dinamici centrifughi. sono compressori dinamici assiali con lavori isentropici dell'ordine dei 20-25 kJ/kg. sono compressori centrifughi capaci di elaborare grandi portate.

I compressori impiegati negli impianti turbogas. sono direttamente collegati all'alternatore indipendentemente dalla taglia. hanno solitamente una velocità di rotazione di 3000 rpm. presentano velocità di rotazione che variano dai 3000 ai 20000-30000 rpm indipendentemente dalla taglia. presentano rendimenti fluidodinamici maggiori all'aumentare della velocità di rotazione.

Le perdite interne in un compressore. sono legate allo sviluppo dello strato limite sui bordi esterni del compressore. sono principalmente legate al trafilamento del fluido tra la parte rotante e quella fissa nel caso di pale con sviluppo radiale elevato. sono dovute agli attriti meccanici. sono dovute alle perdite di calore.

La velocità di rotazione ottimale di un compressore. è proporzionale al salto entalpico. è molto difficile da conseguire per una macchina pluristadio in quanto dovrebbe contemporaneamente aumentare il salto entalpico per stadio. è molto difficile da conseguire per una macchina pluristadio in quanto diminuisce la portata volumetrica durante la compressione. è inversamente proporzionale alla portata volumetrica.

Tra le principali cause di perdite esterne in un compressore vi sono. le perdite legate ai moti vorticosi del fluido in direzione radiale. le perdite legate allo sviluppo dello strato limite sui bordi esterni del compressore. le perdite di massa indicativamente inferiori all'1%. le perdite organiche indicativamente superiori al 3%.

Quale di queste affermazioni è corretta?. I compressori impiegati negli impianti turbogas hanno velocità di rotazione dell'ordine dei 60000-80000 rpm. I compressori impiegati negli impianti turbogas presentano rendimenti fluidodinamici maggiori all'aumentare della velocità di rotazione. I compressori maggiormente impiegati negli impianti turbogas presentano rapporto di compressione per stadio di circa 3-4. Le perdite esterne di un compressore sono dovute agli attriti meccanici, alle perdite di calore e di massa verso l'esterno.

Quale di queste affermazioni è errata?. La temperatura massima del fluido in uscita dalla camera di combustione di un impianto turbogas è dell'ordine dei 1400°C. La combustione in un impianto turbogas avviene con rapporti di aria/combustibile circa stechiometrici. Il combustore di una turbina a gas di tipo monotubolare sebbene caratterizzato da notevole semplicità presenta perdite di carico elevate. Il combustore di una turbina a gas prevede generalmente una zona primaria, una zona secondaria e una zona terminale di diluizione.

Considerando la camera di combustione di un impianto turbogas. la temperatura che il fluido deve avere all'uscita della camera di combustione è limitata a 2400°C. il rapporto aria/combustibile deve risultare pari allo stechiometrico. il rapporto aria/aria stechiometrica è dell'ordine di 4-5. la temperatura che il fluido deve avere all'uscita della camera di combustione è limitata superiormente dai limiti di resistenza delle pale della turbina.

Considerando un combustore di turbina a gas. nella zona primaria affluisce una portata di aria inferiore a quella stechiometrica. nella zona primaria affluisce una portata di aria necessaria per la completa ossidazione del combustibile. nella zona secondaria si aggiunge una portata di aria per abbassare la temperatura dei gas combusti. nella zona secondaria si aggiunge portata di aria per la completa ossidazione del combustibile.

Tra le tipologie di camere di combustione di turbina a gas. il combustore tubolare necessita di un condotto di adduzione dei gas caldi in turbina e comporta elevate perdite di carico. il combustore tubolare necessita di un condotto di adduzione dei gas caldi in turbina ma offre basse perdite di carico. il combustore multitubolare si ottiene disponendo in serie di più combustori tubolari. il combustore anulare comporta elevate perdite di carico.

Quali di queste caratteristiche non è possibile conseguire progettando un combustore di turbina a gas?. limitate emissioni di inquinanti allo scarico. ampio campo di funzionamento stabile (pressione, temperatura, velocità e rapporto aria/combustibile). impiego di combustibili quali carbone e oli pesanti. basse perdite di carico.

Tra le sostanze dannose per la turbina a gas. il vanadio provoca problemi di intasamento ai sistemi di adduzione del combustibile. i metalli alcalini presenti possono formare HCl che è altamente corrosivo per le palettature. i metalli alcalini danno problemi di intasamento ai sistemi di adduzione del combustibile. le ceneri tendono ad aderire nelle palettature a più alta temperatura.

Quali di questi metodi di raffreddamento viene impiegato per punti particolarmente sollecitati?. raffreddamento a film. raffreddamento convettivo. raffreddamento per impingement. raffreddamento per traspirazione.

Il raffreddamento convettivo della palettatura di una turbina. consiste nel creare un getto di raffreddamento ad alta velocità che colpisce violentemente la pala calda. nessuna di queste. prevede di creare un film sottile di fluido a bassa temperatura che agisce come una barriera termica tra i gas caldi e la parete metallica. utilizza aria proveniente dal compressore che viene fatta fluire attraverso canali opportunamente sagomati e poi miscelata ai gas combusti.

Con il termine TIT si intende. la temperatura che si ottiene dal miscelamento dei gas provenienti dal combustore. la temperatura che si ottiene miscelando il gas proveniente dal combustore con tutti i flussi di raffreddamento delle pale della turbina. nessuna di queste. la temperatura media dei gas combusti uscenti dalla camera di combustione quando investono la prima schiera statorica.

Rispetto al compressore, in una turbina. le perdite secondarie e di profilo sono maggiori. i carichi aerodinamici sono inferiori e dell'ordine dei 300-350 kJ/kg. nessuna di queste. i carichi aerodinamici sono maggiori e dell'ordine dei 300-350 kJ/kg.

Quale di queste difficoltà di ordine meccanico non è propria dei materiali ceramici?. mancanza di comportamento plastico. bassa resistenza all'abrasione. scarsa resistenza. fragilità.

Analizzando l'incidenza dei parametri più significativi sulle prestazioni di un impianto turbogas si ha che. un aumento della massima temperatura sopportabile dal materiale (Tbmax) della palettatura ha un'incidenza importante sul rendimento ma trascurabile sul lavoro. un aumento della TIT ha buona influenza sul lavoro specifico ma comporta una lieve diminuzione del rendimento. un aumento della TIT ha buona influenza sul lavoro specifico e sul rendimento. le perdite di carico all'aspirazione e allo scarico hanno effetti trascurabili sul rendimento.

La variazione della portata aspirata in un impianto turbogas. può scendere fino al 30%. permette di adeguare la potenza prodotta dall'impianto ma penalizza sensibilmente il rendimento. non è possibile. è possibile grazie all'orientamento dei palettamenti VIGV.

L'analisi entropica di un ciclo termodinamico. permette di capire quali sono i possibili margini di miglioramento del ciclo. permette di analizzare il rendimento dello stesso in funzione delle perdite causate dalla produzione entropica nei processi reversibili che si verificano all'interno del ciclo. si basa quasi esclusivamente sulle perdite di primo principio. fornisce indicazioni sul rendimento del ciclo.

Nel caso di un impianto turbogas operante secondo ciclo aperto, le perdite allo scarico. sono trascurabili. possono essere ridotte diminuendo la temperatura dei gas di scarico attraverso rapporti di compressione più elevati. possono essere ridotte diminuendo la temperatura dei gas di scarico attraverso rapporti di compressione più bassi. non possono essere recuperate e/o ridotte.

Nel caso di un impianto turbogas operante secondo ciclo aperto, la perdita legata alla combustione. è irrilevante. è nulla essendo la combustione interna al fluido di lavoro. può essere diminuita riducendo la temperatura dei gas di scarico dalla turbina. può essere diminuita aumentando la temperatura media di combustione.

Le turbine a gas. possono variare la loro potenza mantenendo il rendimento pari a quello di design. possono variare la loro potenza con prestazioni ai carichi parziali migliori rispetto a quelle dei gruppi a vapore. possono variare la loro potenza mantenendo il rendimento vicino a quello di design. possono lavorare solamente a potenza nominale.

In un impianto turbogas, al fine di contenere il degrado del rendimento nelle condizioni di off design. si agisce sulla portata di combustibile e contemporaneamente su quella di aria aspirata. nessuna di queste. si può agire unicamente sul lavoro specifico. si agisce esclusivamente sulla portata di combustibile.

La portata massica dell'aria aspirata dal compressore. aumenta all'aumentare della temperatura dell'aria. dipende dall'area di passaggio. è costante. dipende unicamente dalla velocità di rotazione dello stesso.

In un compressore, la variazione dell'area di passaggio. è possibile grazie all'orientamento di palettamenti detti IGV. non determina variazioni della pressione massima di ciclo. può avvenire in maniera illimitata. nessuna di queste.

In un impianto turbogas, diminuendo la pressione di mandata del compressore. aumenta il lavoro utile dell'impianto. la temperatura allo scarico della turbina aumenta per T3 costante. il rapporto di compressione rimane invariato. si può operare secondo un'unica strategia di regolazione.

In un impianto turbogas, la regolazione della portata: comporta una penalizzazione del funzionamento del compressore ma non della turbina. non comporta variazioni delle condizioni di funzionamento. non comporta una penalizzazione del funzionamento di turbina e compressore. è normalmente preferita a quella della temperatura massima di ciclo.

Gli impianti turbogas. non possono operare secondo un sistema bialbero. non comporta variazioni delle condizioni di funzionamento. possono variare la loro velocità di rotazione in ogni intervallo. possono svincolarsi alla velocità di rotazione dell'alternatore mediante un sistema a più alberi.

La diminuzione della portata massica all'aspirazione di un compressore determina. una pari diminuzione della potenza. un aumento del consumo di combustibile. una sensibile perdita di rendimento di ciclo. un aumento di pressione in ingresso in turbina.

La variazione della pressione ambiente determina. una variazione della portata massica e una proporzionale riduzione della potenza di ciclo. una variazione del rapporto calore/lavoro. una variazione della portata volumetrica aspirata dall'impianto turbogas. una variazione della portata massica e una proporzionale riduzione del rendimento.

Il raffreddamento dell'aria aspirata può avvenire in maniera conveniente. tramite frigorifero a compressione di vapore. nessuna di queste. tramite umidificazione evaporativa dell'aria ottenuta spruzzando acqua a monte del combustore. tramite compressione interrefrigerata.

Un aumento della temperatura ambiente determina. un avvicinamento della temperatura media di compressione a quella media di espansione. una diminuzione del lavoro specifico ma un aumento del rendimento in quanto diminuisce il calore introdotto. un aumento della portata massica aspirata. un aumento del rapporto di compressione.

In un impianto turbogas, la variazione della temperatura ambiente. determina una variazione della portata massica. determina una variazione della portata volumetrica. ha una ridotta influenza sulle prestazioni dell'impianto. determina una variazione di rendimento d'impianto ma non della potenza prodotta.

Le turbine a gas presentano. una pressione all'imbocco del compressore maggiore della pressione ambiente. una pressione all'imbocco del compressore inferiore alla pressione ambiente a causa dei filtri e delle canalizzazioni d'aria. una pressione allo scarico minore della pressione ambiente a causa di condotti allo scarico, camino, silenziatori. una portata massica di aria aspirata al compressore costante.

In un impianto turbogas, le perdite allo scarico. determinano una variazione del lavoro di espansione. determinano variazioni di potenza ma non di rendimento. determinano variazioni di rendimento trascurabili. determinano una sensibile variazione della pressione in ingresso in turbina.

In un impianto turbogas, le perdite all'aspirazione. determinano una variazione del lavoro di compressione. consentono di ridurre il lavoro di compressione. sono considerate effetto utile. determinano una diminuzione della densità dell'aria aspirata.

Quale di queste affermazioni è errata?. In un impianto turbogas, un aumento della temperatura ambiente determina un avvicinamento della temperatura media di compressione a quella media di espansione. In un impianto turbogas, un aumento della temperatura ambiente determina una diminuzione del lavoro specifico ma un aumento del rendimento in quanto diminuisce il calore introdotto. In un impianto turbogas un aumento della temperatura ambiente determina una riduzione del rapporto di compressione. In un impianto turbogas, la portata massica varia in modo inversamente proporzionale con la temperatura.

Quale di queste affermazioni è corretta?. In un impianto turbogas, ad un aumento della temperatura ambiente corrisponde un aumento della portata massica aspirata. In un impianto turbogas, la variazione della pressione ambiente determina una variazione della portata volumetrica aspirata. In un impianto turbogas, un aumento della temperatura ambiente determina un aumento del rapporto di compressione. In un impianto turbogas, la variazione della pressione ambiente determina una variazione della portata massica.

Nel caso del fogging. si ottengono incrementi di rendimento trascurabili. si ottengono incrementi di potenza poco significativi. il raffreddamento avviene tramite l'iniezione di acqua in opportune condizioni di pressione e temperatura. l'iniezione di vapore avviene in corrispondenza del primo stadio.

L'umidificazione evaporativa dell'aria in ingresso al compressore. non produce effetto utile sul rendimento di un impianto turbogas. si ottiene spruzzando acqua a monte del compressore. si ottiene per mezzo di un frigorifero ad assorbimento. permette di portare l'aria alla temperatura di bulbo secco.

Qualora l'impianto turbogas regoli a temperatura di ingresso turbina costante. nessuna di queste. la perdita allo scarico non determina variazioni della temperatura dei gas scaricati. la perdita di aspirazione comporta una riduzione della temperatura dei gas scaricati. la perdita allo scarico comporta un aumento della temperatura dei gas scaricati.

La rigenerazione di un impianto turbogas. determina un aumento del rendimento del ciclo grazie ad un aumento del lavoro di turbina. consiste nell'inserimento tra combustore e turbina di uno scambiatore di calore che sia capace di prelevare calore dai gas di scarico della turbina. consiste nel ridurre la temperatura di fine compressione. determina un aumento del rendimento del ciclo lasciando inalterati il lavoro di turbina e compressore.

Rispetto alle turbine di derivazione aeronautica, quelle heavy duty risultano. più costose. caratterizzate da rapporti di compressione maggiori. caratterizzare da manutenzione più impegnativa. più pesanti.

Con la rigenerazione. il rendimento del ciclo dipende maggiormente dal rapporto di compressione. l'aumento di rendimento diminuisce con il rapporto di compressione. l'aumento di rendimento cresce con il rapporto di compressione. a parità di rapporto di compressione il lavoro specifico aumenta.

Nel caso di compressione interrefrigerata. l'effetto benefico è minore quanto prima si effettua l'interreferigerazione. si riduce il volume specifico del gas complessivamente evolvente nel compressore. per grandi gruppi turbogas sia il lavoro specifico che il rendimento variano sensibilmente rispetto al ciclo semplice a parità di rapporto di compressione. lo scambiatore di calore è posto a valle del processo di compressione totale.

Quale di questi vantaggi non sono conseguibili con un ciclo turbogas con ricombustione?. temperature di scarico in turbina inferiori. migliore utilizzo dell'aria aspirata legandola al combustibile con un eccesso globale minore. temperatura massima mantenuta a valori non eccessivi. maggiore lavoro sviluppato dall'impianto.

Nel caso di post-combustione/ricombustione di un impianto turbogas. il lavoro del compressore diminuisce. peggiorano gli aspetti connessi con il raffreddamento del palettamento in turbina a parità delle altre condizioni operative. il rendimento del ciclo aumenta. l'aria aspirata rispetto al combustibile iniettato presenta un eccesso globale molto superiore.