Calcolo delle prestazioni

Dati ed ipotesi di calcolo

In riferimento allo schema,i dati su cui si basano i calcoli sono i seguenti:
· Pressione dell’aria in ingrasso al gruppo di compressione (P1) 1,2 bar;
· Pressione all’uscita del gruppo di compressione (P2) 24 bar;
· Temperatura ingresso ed uscita dal gruppo di compressione pari alla temperatura ambiente di 290K;
· Stato termodinamico del Punto 3* coincidente con quello del punto 8;
· Temperatura all’ingresso dell’espansore (T3 ) 220 K ;
· Frazione espansa (x) 0,20;
· Efficienza isoentropica dell’espansione (ηis ) 0,75;
· Temperatura dell’aria scartata dal ciclo e immessa in ambiente (T10) 285 K;
· Potenza sottratta dal ciclo criorefrigeratore 30 W;
· Temperatura della sorgente (TL) 90 K.

Si ipotizza inoltre:

· Cold box perfettamente isolata;
· Compressione è idealmente isoterma, alla temperatura ambiente, e lo scambio con l’ambiente è considerato reversibile;
· Il lavoro di espansione è dissipato da un freno;
· Le perdite di pressione siano nulle;

In particolare l’esercitazione si propone di calcolare:

· Capisaldi del ciclo;
· Frazione di aria liquefatta (y);
· Efficienza di primo principio;
· Rendimento di secondo principio;
· Portata di aria liquefatta quando la potenza di compressione è pari a quella necessaria a realizzare l’effetto utile richiesto al ciclo criorefrigeratore.

Strumenti di calcolo

Per effettuare calcoli si è fatto uso del software Refrigerant Calculator il quale fornisce i valori di entropia ed entalpia rispetto ai 200 kJ/kg per l’entalpia e 1 kJ/kgK per l’entropia del liquido saturo a 0°C.

Calcolo dei capisaldi
La determinazione dei capisaldi è effettuata considerando in una sequenza opportuna i componenti della macchina, ai quali sono applicate le equazione di conservazione di massa ed energia.
Bisogna distinguere il caso del ciclo liquefattore con quello del ciclo criorefrigeratore perché le portate circolanti differiscono della frazione liquefatta.