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Cap.7 - I cicli termici delle macchine motrici
T
C
2'
3
2
1
4
s
Figura 2: Ciclo Rankine a vapore saturo sul diagramma T-s.
Ciclo Rankine a vapore saturo.
I componenti principali di un impianto a ciclo Rankine sono illustrati in Fig.1. L’impianto è
costituito da quattro organi, schematizzabili individualmente come sistemi aperti a regime,
che nel loro complesso costituiscono un sistema chiuso. Il ciclo lavora fra due pressioni,
quella superiore (dei punti 2 e 3) e quella inferiore, dei punti 4 e 1. Le trasformazioni sono
rappresentate nel diagramma T-s in Fig.2.
Il liquido saturo (punto 1) a bassa pressione e temperatura viene compresso isoentropicamente
fino alla pressione p 2 . L’aumento di temperatura in questa trasformazione è trascurabile, dato
che il fluido può essere considerato incomprimibile (se fosse esattamente tale, l’aumento di
temperatura sarebbe nullo, vedi Cap.2). La potenza meccanica assorbita in questa
trasformazione, W’ mp , è trascurabile rispetto a quella erogata dalla turbina. Il liquido
compresso e sottoraffreddato viene quindi immesso in una caldaia, in cui avviene la
trasformazione isobara 2-3: esso raggiunge dapprima la temperatura di saturazione (punto 2’)
e successivamente evapora a pressione, e quindi anche a temperatura costante, fino alle
condizioni di vapore saturo secco (punto 3). In tale trasformazione, esso assorbe dalla
sorgente calda la potenza termica W tc . Il vapore viene quindi immesso nella turbina, dove si
espande isoentropicamente fino alla pressione p 4 , erogando la potenza W’ mt . Il vapore saturo
all’uscita della turbina viene immesso nel condensatore, dove condensa a temperatura e
pressione costanti (trasformazione isotermobarica) fino a tornare alle condizioni iniziali di
liquido saturo, punto 1. In quest’ultima trasformazione, esso cede alla sorgente fredda (in
genere l’ambiente) la potenza termica W tf . La potenza meccanica utile, W’ mu , è data dalla
differenza tra quella erogata dalla turbina e quella di pompaggio
W '
mu
= W ' − W '
(7.1)
mt
mp
Il bilancio di energia, considerando come sistema il complesso dei quattro organi (sistema
chiuso a regime) risulta in
W
tc
+ W = W ' + W '
(7.2)
tf
mt
mp
Nel diagramma T-s, le aree sottese dalle trasformazioni 2-3 e 4-1 rappresentano il calore
scambiato per unità di massa rispettivamente con la sorgente calda (positivo) e la sorgente
fredda (negativo): la differenza dei loro valori assoluti, ovvero l’area del ciclo, rappresenta il
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