Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e ... - Valentiniweb.com

Cap.7 - I cicli termici delle macchine motrici
reazioni di corrosione o delle infiltrazioni dall’esterno) che inevitabilmente tendono ad
accumularsi nel condensatore stesso.
Gli impianti aperti, privi di condensatore, che scaricano il vapore saturo nell’atmosfera
a pressione di circa 1 bar, hanno una temperatura media inferiore di scambio di 100 °C
e subiscono quindi una forte penalizzazione di rendimento. Per tale motivo, oltre che
per riciclare l’acqua di processo, il condensatore è sempre presente negli impianti fissi.
• Aumentare la temperatura di ammissione in turbina: attualmente, come detto in
precedenza, il limite tecnologico è attualmente di circa 620 °C, ed è imposto
principalmente dalla resistenza alle sollecitazioni termomeccaniche delle tubazioni del
surriscaldatore; molti impianti ENEL lavorano a 538 °C.
• Aumentare la pressione di esercizio della caldaia: questa azione aumenta la T mC , ma,
come ci si può facilmente rendere conto per mezzo del diagramma T-s, ha come
conseguenza indesiderata (a parità di temperatura di ammissione in turbina) una riduzione
del titolo in uscita dalla turbina. Sono quindi necessari uno o più risurriscaldamenti, come
esposto in seguito. Inoltre, aumentano le sollecitazioni meccaniche sui fasci tubieri della
caldaia. In alcuni impianti (impianti ipercritici, tipo la centrale termoelettrica di La
Spezia) la pressione in caldaia supera la pressione critica dell’acqua, che vale 22.09 MPa.
Negli impianti termoelettrici a vapore, la pressione di esercizio è salita negli anni da 70
bar agli attuali 170 bar. L’impianto ipercritico di La Spezia ha una pressione di
ammissione in turbina di circa 250 bar. Negli impianti di prossima generazione, detti ultra
super critici, si prevede di arrivare a condizioni di ammissione in turbina di 620 °C e 300
bar.
• Risurriscaldare il vapore: si fraziona l’espansione, rinviando il vapore in caldaia tra
un’espansione e l’altra. Questa tecnica è illustrata in dettaglio in un paragrafo successivo.
• Preriscaldare l’acqua di alimento della caldaia sfruttando piccole quantità di vapore
prelevato (spillato) dalla turbina. Dall’esame del ciclo di Rankine, Fig.2, si nota che il
riscaldamento dell’acqua dalla temperatura di uscita della pompa ( T2 ≅ T1
) a quella di
saturazione T 2’ , comporta un notevole abbassamento della T mC . Con lo spillamento, il
riscaldamento dell’acqua a bassa temperatura viene effettuato a spese di uno scambio di
energia interno al ciclo: la prima parte della trasformazione 2-2’ è pertanto adiabatica
rispetto all’esterno, e di conseguenza non deve essere tenuta in conto nel calcolo della
temperatura media superiore di scambio. L’effetto complessivo è quindi un aumento della
T mC , e quindi del rendimento. Tale tecnica, detta degli spillamenti, o rigenerazione, è
largamente adottata in pratica e viene discussa in dettaglio in un paragrafo successivo.
Il ciclo Rankine con risurriscaldamento
Lo schema a blocchi di questo impianto è riportato in Fig.9 ed il relativo diagramma T-s in
Fig.10. Dopo una prima espansione in turbina, fino alla pressione intermedia p i , il vapore
viene riportato in caldaia, dove viene nuovamente surriscaldato fino alla massima temperatura
del ciclo in un apposito fascio tubiero, detto appunto risurriscaldatore, e nuovamente inviato
agli stadi a media e bassa pressione della turbina.
La potenza meccanica erogata è la somma delle aliquote relative alle due turbine
( h − h ) + G ( h − h )
W ' mt
= G
(7.17)
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D’altra parte, anche la potenza termica da fornire è la somma di due aliquote
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P.Di Marco – Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche 7-14