Fisica Tecnica - Cicli a Vapore

Cicli a Vapore

IMPIANTI MOTORI

Gli impianti motori sono impianti che operano secondo un ciclo diretto e consentono in maniera continua calore (ovvero il calore scambiato con la sorgente) e il calore scambiato con il pozzo in lavoro (ovvero l'energia meccanica netta – la differenza tra quella ottenuta durante un'espansione e quella ottenuta durante una compressione)

Impianto Motore

• A VAPORE

  Il fluido evolvente durante il ciclo termodinamico si trova sempre in un intorno delle ragioni del copro saturio, cioè lo stato dello saturato si trova sempre in un intorno delle curve di campana

• A GAS

  Il fluido evolvente si trova sempre in fase gassosa e non si avvicina mai alla regione del vapore saturato

Per lo studio degli impianti motori (a vapore o a gas) facciamo le seguenti ipotesi semplificative:

• REGIME STAZIONARIO
• FLUSSO MONODIMENSIONALE

  → ogni punto del ciclo rappresentato nel diagramma PV o TS rappresenta una certa sezione trasversale dell'impianto

• CICLO INTERAMENTE REVERSIBILE

Possiamo risalire alle irreversibilità esterne dovute a uno scambio di calore causato a una dT temperata finita. Tutte le transfor...

il surriscaldamento perché ci basterebbe abbassare la pressione ai caldi e

T^* - (T^* - T^*)

Con abbiamo aumentato il titolo di fine espansione, ma il lavoro netto del

questo nuovo ciclo è più basso di quello precedente:

Quando conviene effettuare il surriscaldamento

DOMANDA ALL’ESAME: Rappresentare il ciclo Rankine come schema

d’impianto e spiegare la rappresentazione grafica nel diagramma T-s

Risposta: Rappresentare graficamente sul diagramma T-s (*)

Schema d’impianto

Segno di integrale internamente costante (pari al valore medio T_mo)

T_ms e T_mo si definiscono temperature medie termo-dinamiche e servono a confrontare il rendimento del ciclo Rankine con quello di Carnot. T_ms è una temperatura intermedia tra quella di vapore-surriscaldamento e quella di fine e riscaldamento.

T_mo è una temperatura intermedia tra quella di circolazione-refrigeramento e quella di fine-raffreddamento.

^{h₃ - h₂}/_{s3 - s2}   T_ms  ^{h₄ - h₁}/_{s4 - s1}   T_mo

Poiché il ciclo è endoreversibile s₄ = s₃ e s₂ = s₁, si ha che:

η_t^(RANKINE) = 1 - ^|q_lo|/_qie   = 1 - ^{T_ms(s₃ - s₂)}/_{Tmo(s4 - s1)}   = 1 - ^T_ms/_Tmo (s₃ - s₂)

= 1 - ^T_ms/_Tmo

η_t^(RANKINE) = 1 – ^T_ms/_Tmo

Questo ultimo intervento di ottimizzazione non è così efficace in quanto è vero che otteniamo una fetta un più di lavoro ma nello stesso tempo ce ne priviamo di ulteriore.

Anche in questo caso il titolo del punto 4' di fine espansione deve essere maggiore di 0.8 (per non compromettere il lavoro della turbina) e mentre la temperature massima del ciclo normalmente non deve essere superare ai 600°C (se non si incorrere nel rischio delle caldaie).

DOMANDA ALL'ESAME:

Descrivere sinteticamente i limiti tecni&co; logici e fisici nell'otimizzazione del ciclo Rankine

Risposte:

1. Titolo di fine espansione x>0.8≈ 0.9;
2. Limite fisico della T_cond>T_o=T_amb
3. Temperatura max del ciclo (T_max = 600°C)

alla turbina. Pertanto non è giustificato ricorrere a più di due

riscaldamenti (il primo è quello dei ciclo HRN) ed il secondo

riscaldamento è giustificato solo per cicli supercritici, cioè con pressioni

di caldaia superiore alle pressione dei punto critico.

Vediamo le rappresentazione di un ciclo Rankine supercritico:

Nel tentativo di massimizzare il rendimento del ciclo Rankine si cerca di spezzare tutto (o quasi tutto) il tratto di preriscaldamento con più spillamenti successivi in modo tale da far avvicinare il profilo del vapore surriscaldato a del fluido che bisogna preriscaldare.