Ciclo di Rankine a vapore surriscaldato

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Rappresentazione su un diagramma T-S di un ciclo HIRN.

Il ciclo di Rankine a vapore surriscaldato (detto anche ciclo di Hirn) è un ciclo termodinamico diretto a vapore che, rispetto al ciclo di Rankine semplice, presenta uno schema d'impianto del tutto analogo, tranne che per una modifica nella caldaia a vapore, alla qualei è aggiunto uno stadio di surriscaldamento.

Fasi del ciclo[modifica | modifica wikitesto]

Il liquido saturo, dopo essere stato pompato a pressione elevata, va alla caldaia, in condizioni di liquido non saturo, per essere riscaldato a pressione costante in tre fasi:

  1. riscaldamento del liquido;
  2. vaporizzazione completa;
  3. surriscaldamento del vapore.

Le prime due fasi sono comuni anche al ciclo di Rankine semplice, mentre la terza fase è caratteristica del ciclo di Rankine a vapore surriscaldato. Tutte e tre le fasi avvengono lungo la stessa isobara, cioè alla stessa pressione.

Vantaggi e svantaggi[modifica | modifica wikitesto]

Il fatto di operare a pressione costante permette di ottenere valori di titolo di vapore più elevati a fine espansione: un titolo inferiore a 0,88 infatti causerebbe danni alle palettature di bassa pressione della turbina, per presenza di liquido a causa dell'effetto di erosione.

Questo surriscaldamento ha inoltre effetto benefico per altri aspetti sul ciclo: permette, infatti, di raggiungere un maggior rendimento termico e di diminuire il consumo specifico di vapore (a parità di portata di fluido motore, si ottiene una maggior potenza meccanica netta).

Questi benefici aumentano all'aumentare della temperatura di surriscaldamento. Quest'ultima tuttavia è soggetta, sia a vincoli di tipo economico a causa delle resa che ha una crescita non lineare, sia a vincoli di tipo tecnologico (che la limitano intorno ai 620 °C). Sebbene sia possibile produrre impianti che sopportino temperature anche superiori, l'aumento di rendimento non giustifica i costi di investimento necessari.

Anche questo ciclo non permette di sfruttare appieno le possibilità di produrre potenza meccanica. Infatti, all'aumentare della pressione della caldaia e fissate le temperature di inizio e fine surriscaldamento, si ha, sì, un aumento di rendimento, ma anche un pericoloso calo del titolo di vapore: già a pressioni relativamente basse, MPa, il titolo a fine espansione risulta minore di 0,88.

Per evitare questo inconveniente e per sfruttare meglio la possibilità di produrre potenza meccanica, si ricorre al ciclo di Rankine a vapore risurriscaldato.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]