Problema D4

Un impianto a vapore consuma in caldaia 18 t/h di nafta (Potere calorifico Hi = 10000 kcal/kg); per la condensazione occorrono 17000 m3/h di acqua che subisce un riscaldamento di 6°C. Calcolare la potenza utile e il rendimento termico dell'impianto assumendo che la caldaia abbia un rendimento di combustione hb del 95%.

Soluzione

La potenza termica somministrata in caldaia Pe è data dal prodotto della portata massica di combustibile (indicata con m'b), del potere calorifico del combustibile e del rendimento del bruciatore:
Pe = m'b Hi hb 
poichè è:
m'b = 18 t/h = (18 t/h * 1000 kg/t) /3600 s/h = 5 kg/s;
Hi = 10000 kcal/kg = 10000 kcal/kg * 4.186 kJ/kcal = 41860 kJ/kg;
consegue che:
Pe = 5kg/s * 41860kJ/kg * 0.95 = 198835 kJ/s = 198.8 MW

La potenza termica ceduta attraverso il condensatore Pu è data dal prodotto della portata massica del fluido refrigerante (indicata con m'c), per la variazione di entalpia del liquido saturo, data dal prodotto del calore specifico cp e della varazione di temperatura DT: 
Pu = m'c cp DT
poichè il problema assegna la portata volumetrica V'c, per ricavare la portata massica è necessario moltiplicare per la densità dell'acqua che assumiamo pari a 1000 kg/m3, pertanto:
m'c = r V'c = (1000 kg/m3 * 17000 m3/h)/ 3600 s/h = 4722.2 kg/s.
Assumendo per l'acqua cp pari a 4.186 kJ/kg.K, si ha:
Pu = 4722.2kg/s * 4.186kJ/kg.°C * 6°C = 118603.3 kJ/s = 118.6 MW

Impiegando il 1° PTD si può ricavare la potenza utile netta dalla differenza fra Pe e Pu:
Pu,n = Pe - Pu = 198.8 - 118.6 = 80.231 MW

Il rendimento termico può pertanto essere ricavato come:
ht = Pu,n / Pe = 80.231/198.8 = 0.4035 = 40.35%

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