Sistemi Energetici - SE CicloRankineIdeale

SISTEMI A COMBUSTIONE ESTERNA e INTERNA

SISTEMA A COMBUSTIONE ESTERNA

Il fluido di lavoro dell'idotermodinamico non è a contatto con i prodotti di combustione: sono separati da una superficie di scambio termico

VANTAGGI

• Flessibilità del combustibile, possono essere usati combustibili sporchi contenenti ceneri, metalli, agenti corrosivi poiché i prodotti di combustione non vengono a contatto con le turbiomacchine o componenti delicati del ciclo termodinamico
• carboni, legna, rifiuti
• sorgenti termiche

Scelta del Fluido di lavoro tale da massimizzare il rendimento del ciclo e progettare al meglio le turbiomacchine e i componenti del ciclo

SVANTAGGI

Superficie di scambio termico aumentata salgono quindi i costi di investimento e il peso (non è applicatibile ai sistemi di trasporto)

Temperature massime limitate dalla resistenza meccanica.

Non si usano metalli alto-legati perché troppo costosi. Si usano quelli basso legati (600°C-650°C)

SISTEMI A COMBUSTIONE ESTERNA e INTERNA

SISTEMA A COMBUSTIONE ESTERNA

Il fluido di lavoro del ciclo termodinamico non è a contatto con i prodotti di combustione: sono separati da una superficie di scambio termico

VANTAGGI

• Flessibilità del combustibile: possono essere usati combustibili sporchi contenenti ceneri, metalli; agenti corrosivi poiché i prodotti di combustione non vengono a contatto con le turbomacchine o componenti delicati del ciclo termodinamico.
• carbone, legna, rifiuti
• sorgenti termiche

Scelta del Fluido di lavoro tale da massimizzare il rendimento del ciclo e progettare al meglio le turbomacchine e i componenti del ciclo

SVANTAGGI

Superficie di scambio termico aumenta, salgono quindi i costi di investimento e il peso (non è applicabile ai sistemi di trasporto)

Temperature massime limitate dalla resistenza meccanica.

Non si usano metalli alto-legati perché troppo costosi.

Si usano quelli basso legati (500°C - 650°C)

CICLO RANKINE

Abbiamo:

1. pompaggi del fluido allo stato liquido
2. evaporazione (cambio di fase) del fluido termovettore isobara, con calore introdotto dalla sorgente calda.
3. espansione adiabatica fino alla pressione di condensazione
4. condensazione isobara con emissione di calore ad una sorgente fredda.

PECULIARITÀ ALLA BASE DEL SUCCESSO

• compressione di un liquido
• espansione di un vapore

_ηh = _WhehO / _hr = _Wout-Win / _hr = _tt - _p = ∫_pcond^p_{eva η}^T _{pol Vesp} d_p - ∫^p_{cond 1} / _ηpol d_p = (_p^T _{pol Vesp} / _ηpol) (^p_e - _pcol)

Quindi:

C_h = (η_pol^T V̅_esp - V̅_con ¹/_ηpol) - (P_eva - P_cona)

allora:

1. C_heHi > 0: anche se i rendimenti poligonici fossero bassi (η_pol^T << 1, η_pol^loc << 1) anche le macchine sono poco efficienti.
2. C_heHi >> 0: ϕ quindi garantire elevate potenza anche con piccole portate di fluidi.

W_netto = ṁ C_h

OSSERVAZIONE

Nei cicli a gas è il contrario: il lavoro lordo dipende fortemente dai rendimenti politico (qualità delle macchine)

-> ε_n <> W_in > W_out

devi introdurre potenza per far girare l'albero.

(motivo storico per cui né è affrontato prima il ciclo Rankine e poi quello a gas)

RAPPRESENTAZIONE NEI DIAGRAMMI TERMODINAMICI

DIAGRAMMA T-S

• Fluidi a piccola complessità molecolare quali acqua e ammoniaca
  • Fluidi ad espansione umida

• Fluidi ad elevata complessità molecolare quali idrocarburi
  • Fluidi refrigeranti ad elevata massa molecolare
  • Fluidi ad espansione secca

• Fluidi isoentropici

Le curve di saturazione del vapore saturo coincide con le fasi di espansione della turbina.

DIAGRAMMA H-S

• Fluidi a piccola complessità molecolare quali acqua e ammoniaca
  • FLUIDI AD ESPANSIONE UMIDA