Turbine a gas
Ciao a tutti,
Avrei una domanda sulle turbine a gas.
Prendiamo come esempio il caso ideale.
Da 1 a 2 ho compressione dell'aria.
Da 2 a 3 ho innalzamento della temperatura dovuto a combustione nella camera di combustione.
Da 3 a 4 ho espansione in turbina.
Da 4 a 1 grazie ad uno scambiatore riporto il gas nelle condizioni iniziali.
La mia domanda è:
Come mai è necessario portare l'aria ad una temperatura elevata per estrarre lavoro meccanico?
Nel caso degli impianti a vapore era tutto più chiaro dato che avevo una transizione di fase.
In questo caso l'aria rimane sempre uguale.
Cerco di esprimermi meglio:
in che modo, lo stesso miscuglio di sostanze (aria) che si presenta sempre nella stessa fase (gassosa) riesce ad avere cambiamenti tanto significativi da poter generare energia meccanica?
L'aria in ingresso nella turbina, prima di essere compressa e di entrare in camera di combustione non sarebbe stata capace di ciò.
Avrei una domanda sulle turbine a gas.
Prendiamo come esempio il caso ideale.
Da 1 a 2 ho compressione dell'aria.
Da 2 a 3 ho innalzamento della temperatura dovuto a combustione nella camera di combustione.
Da 3 a 4 ho espansione in turbina.
Da 4 a 1 grazie ad uno scambiatore riporto il gas nelle condizioni iniziali.
La mia domanda è:
Come mai è necessario portare l'aria ad una temperatura elevata per estrarre lavoro meccanico?
Nel caso degli impianti a vapore era tutto più chiaro dato che avevo una transizione di fase.
In questo caso l'aria rimane sempre uguale.
Cerco di esprimermi meglio:
in che modo, lo stesso miscuglio di sostanze (aria) che si presenta sempre nella stessa fase (gassosa) riesce ad avere cambiamenti tanto significativi da poter generare energia meccanica?
L'aria in ingresso nella turbina, prima di essere compressa e di entrare in camera di combustione non sarebbe stata capace di ciò.
Risposte
Se non riscaldassi il gas, in condizioni ideali, la turbina ti darebbe al massimo lo stesso lavoro che assorbe il compressore.
E' il riscaldamento che ti permette di estrarre il lavoro, come per il ciclo a vapore infatti, alla fine, accade che parte del calore assorbito viene convertito in lavoro utile.
Rispetto al ciclo a vapore questo comunque è un ciclo aperto in genere, nel senso che all'uscita dalla turbina il gas viene scaricato in ambiente, non serve uno scambiatore a temperatura più bassa, come il condensatore dell'impianto a vapore.
In genere , anzi a valle della turbina c'è un "recuperatore" di calore che usa il calore rimanente ancora a temperatura relativamente alta (per esempio in impianti a cogenerazione), il gas così raffreddato viene poi scaricato in ambiente.
E' il riscaldamento che ti permette di estrarre il lavoro, come per il ciclo a vapore infatti, alla fine, accade che parte del calore assorbito viene convertito in lavoro utile.
Rispetto al ciclo a vapore questo comunque è un ciclo aperto in genere, nel senso che all'uscita dalla turbina il gas viene scaricato in ambiente, non serve uno scambiatore a temperatura più bassa, come il condensatore dell'impianto a vapore.
In genere , anzi a valle della turbina c'è un "recuperatore" di calore che usa il calore rimanente ancora a temperatura relativamente alta (per esempio in impianti a cogenerazione), il gas così raffreddato viene poi scaricato in ambiente.
Scusa Training, ma che cosa stai studiando al momento?
Perche' queste domando mostrano lacune enormi che lasciano perplessi. Te lo chiedo sinceramente senza biasimo perche' ci aiuterebbe a capire a che punto sei.
Perche' queste domando mostrano lacune enormi che lasciano perplessi. Te lo chiedo sinceramente senza biasimo perche' ci aiuterebbe a capire a che punto sei.
"professorkappa":
Scusa Training, ma che cosa stai studiando al momento?
Perche' queste domando mostrano lacune enormi che lasciano perplessi. Te lo chiedo sinceramente senza biasimo perche' ci aiuterebbe a capire a che punto sei.
Sto studiando Fisica tecnica e Sistemi energetici.
Le lacune vengono dal fatto che non ho studiato fisica alle superiori, e quest anno sto affrontando fisica 1 e fisica 2 (ampiamente lette nel mio tempo libero) e contemporaneamente materie quali fisica tecnica e sistemi energetici.
Il fatto che il professore abbia trattato l'intera termodinamica in due settimane non aiuta.
E infatti si vede che stai confondendo le cose.
Ti e' chiaro che tu all'aria dai energia esterna sotto forma di calore tramite la combustione di gas? O pensi che tu comprimi l'aria e poi la mandi in turbina? Perche se pensi cosi succede quello che ti ha detto Faussone: comprimi l'aria, la fai espandere e poi la mandi in turbina: risultato lavoro netto nullo (il lavoro che ottieni dall'esapnsione in turbina ti serve tutto per comprimere l'aria).
Ti e' chiara la differenza tra una turbina per generazione di potenza e una turbina aeronautica?
Nella prima i gas che espandono in turbina vengono usati principalmente per far ruotare la turbina che e' attaccata a un generatore. La gran parte dell'energia proveniente dalla combustione del gas si trasforma in energia cinetica che fa ruotare la turbina al cui albero e' attaccato un generatore e il gas esce energeticamente "morto" dalla turbina.
Nelle turbine aeroderivative una piccola parte dell'energia introdotta nel gas viene usata per far muovere il compressore. La parte rimanente, che e' il grosso, viene fatta passare come gas di scarico attraverso ugelli verso l'esterno e. per conservazione di quantita di moto, fornisce la spinta all'aereo quando viene espulsa ad alta velocita dal retro dell'aereo.
I motivi per cui si comprime l'aria prima di immetterla nel bruciatore sono molteplici.
1) piu' l'aria e' compressa, piu massa puoi buttare dentro il combustore e quindi, poiche' la combustione avviene con precisi rapporti stechiometrici tra carburante e ossigeno contenuto nell'aria, ti permette di aumentare il flusso di carburante e quindi regolare la potenza in uscita che e' proporzionale alla portata dei gas.
2) L'aria compressa ha anche energia cinetica incamerata: quando entra nel combustore questa energia cinetica e' usata con sistemi meccanici (canalizzazioni, percorsi, setti) per agevolare l'instaurazione di moti turbolenti, favorendo la miscelazione di aria e gas prima della combustione.
3) vari altri vantaggi relativi alla combustione per l'abbattimento degli ossidi di azoto contenuti nei gas di scarico (che poi vengono ulteriormente ridotti a valle con sistemi che si chiamano sistemi Low NOx), ma che non e' il caso di espandere qui.
Il concetto fondamentale, che a te sembra sfuggire, sia nel caso delle turbine a vapore, che in quello delle turbine a gas, e' che c'e' un apporto di energia esterna (calore): per le turbine a vapore e' una caldaia, per quelle a gas un bruciatore.
Ma in entrambi i casi stai spendendo soldini in kerosene o metano o propano o Jet Fuel, ne piu' ne' meno di quanto succede a casa tua quando con la caldaia a metano o GPL scaldi l'acqua per far andare i termosifoni.
Spero di aver chiarito, assieme al vecchio Fauss, perche non e' un "gioco delle 3 carte".
Ti e' chiaro che tu all'aria dai energia esterna sotto forma di calore tramite la combustione di gas? O pensi che tu comprimi l'aria e poi la mandi in turbina? Perche se pensi cosi succede quello che ti ha detto Faussone: comprimi l'aria, la fai espandere e poi la mandi in turbina: risultato lavoro netto nullo (il lavoro che ottieni dall'esapnsione in turbina ti serve tutto per comprimere l'aria).
Ti e' chiara la differenza tra una turbina per generazione di potenza e una turbina aeronautica?
Nella prima i gas che espandono in turbina vengono usati principalmente per far ruotare la turbina che e' attaccata a un generatore. La gran parte dell'energia proveniente dalla combustione del gas si trasforma in energia cinetica che fa ruotare la turbina al cui albero e' attaccato un generatore e il gas esce energeticamente "morto" dalla turbina.
Nelle turbine aeroderivative una piccola parte dell'energia introdotta nel gas viene usata per far muovere il compressore. La parte rimanente, che e' il grosso, viene fatta passare come gas di scarico attraverso ugelli verso l'esterno e. per conservazione di quantita di moto, fornisce la spinta all'aereo quando viene espulsa ad alta velocita dal retro dell'aereo.
I motivi per cui si comprime l'aria prima di immetterla nel bruciatore sono molteplici.
1) piu' l'aria e' compressa, piu massa puoi buttare dentro il combustore e quindi, poiche' la combustione avviene con precisi rapporti stechiometrici tra carburante e ossigeno contenuto nell'aria, ti permette di aumentare il flusso di carburante e quindi regolare la potenza in uscita che e' proporzionale alla portata dei gas.
2) L'aria compressa ha anche energia cinetica incamerata: quando entra nel combustore questa energia cinetica e' usata con sistemi meccanici (canalizzazioni, percorsi, setti) per agevolare l'instaurazione di moti turbolenti, favorendo la miscelazione di aria e gas prima della combustione.
3) vari altri vantaggi relativi alla combustione per l'abbattimento degli ossidi di azoto contenuti nei gas di scarico (che poi vengono ulteriormente ridotti a valle con sistemi che si chiamano sistemi Low NOx), ma che non e' il caso di espandere qui.
Il concetto fondamentale, che a te sembra sfuggire, sia nel caso delle turbine a vapore, che in quello delle turbine a gas, e' che c'e' un apporto di energia esterna (calore): per le turbine a vapore e' una caldaia, per quelle a gas un bruciatore.
Ma in entrambi i casi stai spendendo soldini in kerosene o metano o propano o Jet Fuel, ne piu' ne' meno di quanto succede a casa tua quando con la caldaia a metano o GPL scaldi l'acqua per far andare i termosifoni.
Spero di aver chiarito, assieme al vecchio Fauss, perche non e' un "gioco delle 3 carte".
@professorkappa
Vecchio a chi?
Solo una cosa marginale, ma forse utile in questo contesto: nei motori aeronautici di tipo turbofan una parte dell'aria compressa viene scaricata direttamente in atmosfera per fornire spinta, è il cosiddetto getto freddo, questo è utile solo per aumentare il rendimento complessivo.
In termini di potenza erogata dal motore però è meglio il turbogetto descritto da pk, anzi a volte si mette a valle un bruciatore ulteriore, detto postbruciatore (ma credo si usi solo in veicoli militari, visto che il rendimento non è alto).
Vecchio a chi?
Solo una cosa marginale, ma forse utile in questo contesto: nei motori aeronautici di tipo turbofan una parte dell'aria compressa viene scaricata direttamente in atmosfera per fornire spinta, è il cosiddetto getto freddo, questo è utile solo per aumentare il rendimento complessivo.
In termini di potenza erogata dal motore però è meglio il turbogetto descritto da pk, anzi a volte si mette a valle un bruciatore ulteriore, detto postbruciatore (ma credo si usi solo in veicoli militari, visto che il rendimento non è alto).
Che dire, al solito professorkappa e Faussone vi ringrazio!
Adesso è tutto più chiaro finalmente.
Adesso è tutto più chiaro finalmente.
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