Ciclo Brayton - Joule : esercizi risolti

Esercizio 1

Calcolare il rendimento di un ciclo Brayton chiuso con rapporto di compressione λ=4 ipotizzando che venga usato come fluido di lavoro:
1) aria k=1,4
2) elio k=1,667
3) propano k=1,126

[ η=0,327  | η=0,425 |  η=0,143   ]

Esercizio 2

In un ciclo Brayton ideale, l'aria entra nel compressore a pressione atmosferica e alla temperatura T₁=300°K.

Il rapporto di compressione è λ=6 mentre la temperatura massima è T₃=1200°K. Calcolare:
1) la pressione e temperatura in tutti i punti del ciclo
2) il lavoro del compressore e della turbina.
3) il rendimento del ciclo.

[ η=0,4 ]

Esercizio 3

In un ciclo Brayton, l'aria entra nel compressore a pressione atmosferica e alla temperatura T₁=300°K, il rapporto di compressione λ=6 mentre la temperatura massima è T₃=1200°K.

Conoscendo la caduta di pressione Δp=20kPa tra compressore e turbina, e i rendimenti η_c=0,65 del compressore ed η_t=0,8 della turbina; determina:
1) i quattro punti del ciclo
2) il lavoro del compressore e della turbina
3) il calore somministrato ed il rendimento .

[ η=0,12 | q_s=604 kJ/kg ]

Esercizio 4

Un turbomotore a gas opera secondo un ciclo semplice di Brayton-Joule tra la temperatura T₁=27°C all'aspirazione del compressore e la temperatura T₃=770°C all'ingresso della turbina.
Sia λ=11 il rapporto delle pressioni.
Nell'ipotesi che siano trascurabili le variazioni delle portate e delle proprietà del fluido dovute all'immissione di combustibile e che il fluido evolvente si possa considerare un gas ideale con c_p=1,005 kJ/kg°K e k=1,4 (aria standard) valutare:
1) il lavoro specifico netto ed il rendimento termico del ciclo nel caso di trasformazioni tutte internamente reversibili (ciclo ideale);
2) gli stessi valori del lavoro specifico e del rendimento termico nel caso si abbiano dei rendimenti del compressore e della turbina η_c=η_t=0,9.

Esercizio 5

In un ciclo ideale semplice di Brayton-Joule tra le temperature T₁=288°K minima e T₃=1170°K; l'aria entra nel compressore alla pressione di p₁=100 kPa ed esce dallo stesso compressore alla pressione p₂=500 kPa.
Calcola il rapporto di compressione, il lavoro del compressore, il lavoro della turbina, il lavoro del ciclo e il rendimento termico.