ESERCIZI

(SEGUENDO LA TRACCIA DI APPUNTI SCRITTI DAL PROF. MILVIO MARCEDDU)

TESTO 1

Si deve scaricare una cisterna di 10.000 m3 contenente greggio di petrolio con una pompa avente una portata q = 900 m3 / h. Determinare: 1) il tempo di discarica; 2) la potenzialità del Generatore Autonomo di Gas Inerte; 3) il consumo di nafta leggera del GA.

DATI

temperatura esterna: t = 20 °C; costante del gas R = 296,7 J / kg °K;  portata GI: q' = 1,25 q;
eccesso di aria: e = 2,5 %; pressione GI: 1,20 bar; aria stechiometrica: a = 14.

SVOLGIMENTO

1) il tempo di discarica.

Dalla definizione di portata volumetrica q = V / t si ricava immediatamente(1):

t = V / q = 10.000 / 900 = 11 h,11 = 11h 7’ = 40.020 s

2) la potenzialità del Generatore Autonomo di Gas Inerte.

a) La potenzialità del GA di GI è per norma il 125 % della portata della pompa e quindi:

q’ = 1,25 q = 1,25 x 900 = 1.125 m3 / h

b) La massa di tale volume di GI si ricava ricorrendo alla legge dei gas perfetti(2):

p v = R T           v = V / m           m = p V / R T

mGI = 1,2 x 100.000 x 1.125 / 296 x (273 + 20) = 1.557 kg / h

3) il consumo di nafta leggera del GA.

a) Calcolo dell’eccesso d’aria. Nel GI l’ossigeno non deve superare il 2,5 % della massa totale.

Poiché l’aria contiene il 21 % di ossigeno, per avere il 2,5 % di ossigeno si deve avere un peso di aria di(3)

0,21 : 1 = 0,025 : X                         X = 1 x 0,025 / 0,21 = 0,12 kg di aria

Poiché per ipotesi l’aria stechiometrica vale a = 14, nel nostro caso la massa di aria diventa:

a1 = 14 + 0,12 = 14,12 kg aria / kg combustibile

b) Supponendo che la massa di GI sia uguale alla massa dei fumi, e quindi uguale alla somma della massa di aria e di combustibile(4) si ottiene:

mGI = maria + mnafta = 14,12 + 1 = 15,12 kg GI / kg nafta

c) La massa totale di GI prodotta per tutta l’operazione di discarica è:

MGI = mGI t = 1.557 x 11 h,11 = 17.298 kg GI

Il consumo totale di combustibile sarà quindi:

Mnafta = MGI / mGI = 17.298 / 15,12 = 1.144 kg GI / kg GI / kg nafta = 1.144 kg nafta

Con un consumo orario di:

M’nafta = 1.144 / 11,11 = 103 kg / h

CONCLUSIONI

Tenendo conto di quanto detto nelle note (2) e (4) i risultati ottenuti sono approssimati per difetto; applicando un coefficiente correttivo del 5 %, si può ritenere più veritiero il seguente risultato:

m’GI = 1.557 x 1,05 = 1635  kg / h

M’’nafta = 103 x 1,05 = 108 kg / h

NOTE

(1) La portata della pompa è data dal rapporto fra il volume prelevato dal serbatoio e il tempo impiegato ad esaurire il prelievo.

Il tempo 11 h,11  è nella forma “sessa-decimale”, cioè per metà è nella forma sessagesimale (11 h) e per l’altra metà nella forma decimale (,11). Quest’ultima parte rappresenta 11 / 100 di ora e quindi si avrà, poiché 1 ora = 60 minuti primi, circa:

11 x 60 / 100 = 7’

Moltiplicando 11 ore per 3.600 e 7 primi per 60 e sommando si ottiene un totale di 40.020 secondi.

(2) La legge dei gas perfetti è applicabile perché in pratica il GI si può far assomigliare all’aria atmosferica (temperatura critica - 147 °C per l’azoto e 31 °C per l’anidride carbonica).

Ricordiamo che 1 bar = 100.000 N / m2 e che T = (t + 273) °K. Per ottenere la massa si è adoperata la portata volumetrica del GI, cioè il valore di q’ = V / t.

(3) 0,21 kg di ossigeno sono contenuti in 1 kg di aria, quindi il 2,5 % di ossigeno (cioè 0,21 x 0,025 = 0,00525 kg) è contenuto in 0,12 kg di aria.

(4) In realtà nei fumi ci sono anche gli ossidi di azoto e di zolfo, il vapore d’acqua, ecc. nonché polveri, tutte cose che si fermano nella torre di lavaggio. Ne segue che la massa di GI è minore della massa dei prodotti della combustione, cioè dei fumi.

TESTO2

Una moderna nave cisterna dispone di 14 cisterne di 7.000 m3 ciascuna, adibita al trasporto di prodotti petroliferi. In ciascuna cisterna viene sistemata una pompa centrifuga sommersa azionata da un motore oleodinamico con portata di 800 m3 / h. Assumendo con opportuno criterio tutti i dati mancanti si determini:
A) la durata della discarica nell'ipotesi che le pompe di discarica in funzione siano 4;
B) la potenzialità del generatore autonomo di gas inerte adibito all'inertizzazione delle cisterne durante la discarica;
C) il consumo orario e totale di nafta leggera del GA.

SVOLGIMENTO

ASPETTO LE SOLUZIONI DEI MIEI LETTORI.

 

E' BENE RICORDARE CHE L'INCENDIO O L'ESPLOSIONE NON AVVENGONO:
1) QUANDO L'OSSIGENO E' POCO, 2) QUANDO L'OSSIGENO E' TROPPO.
LA COMBUSTIONE NON PUO' SOSTENERSI PERCHE' NEL PRIMO CASO
MANCA IL COMBURENTE E NEL SECONDO MANCA IL COMBUSTIBILE.