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Cap.7 - I cicli termici delle macchine motrici
ESEMPIO 7-4 –Ciclo Rankine con risurriscaldamento.
Un ciclo Rankine a vapore surriscaldato lavora tra le pressioni e temperatura di ammissione
in turbina di 100 bar e 500 °C e la pressione al condensatore di 0.04 bar. Il vapore viene
risurriscaldato fino a 500 °C alla pressione di 40 bar. La portata di vapore vale G = 30 kg/s.
Determinare i rendimenti di primo e secondo principio, la potenza meccanica utile, la potenza
termica ceduta in caldaia e la portata massica unitaria.
I calcoli sono eseguiti tramite il foglio di calcolo EXCEL C7RANKRIS.XLS (che richiede
la libreria TPX). Alternativamente si può utilizzare il programma RACY (Mastrullo,
Mazzei, Vanoli, Termodinamica per Ingegneri, Liguori).
Le proprietà del fluido nei punti chiave del ciclo sono riportate nella seguente tabella
Temp. Pressione Volume spec. Entalpia Entropia Titolo
C MPa m3/kg kJ/kg kJ/kg/K
1. 28.96 0.004 0.001004 121.4 0.4226 0
2. 29.18 10 0.001 131.5 0.4226
3. 500 10 0.03279 3374 6.597
4. 353.7 4 0.06697 3102 6.597
5. 500 4 0.08643 3445 7.09
6. 28.96 0.004 28.82 2136 7.09 0.828
Il rendimento di primo principio vale
( h3 − h4
) + ( h5
− h6
)
η =
= 43.8%
( h3
− h2
) + ( h5
− h4
)
η η
e quello di secondo principio ε = = = 71.9%
η T
Carn 1
1−
T3
= G h − h + G h − h − G h − h
La potenza meccanica utile è data da W ' mu
(
3 4
) (
5 6
) (
2 1) = 47.1MW
La potenza termica ceduta in caldaia si ottiene da = G ( h − h ) + G ( h − h ) 108MW
ed infine la PMU è data da PMU =
G
'
W mu
W tc
= 0.637 kg/MJ
3 2 5 4
=
La seguente tabella riporta i valori dei principali parametri in funzione della pressione di
risurriscaldamento, a parità di altri dati:
p 4 x 6 η W’ mu PMU
bar % % MW kg/MJ
80 78 43 43 0.698
60 80 43.4 44.9 0.668
40 82.8 43.8 47.1 0.637
30 85 44 48.4 0.620
20 87 44 49.9 0.601
10 91 43.7 51.6 0.581
5 95 43.1 52.7 0.569
da essa si vede che il risurriscaldamento a pressioni troppo basse può portare ad una
diminuzione di rendimento.
P.Di Marco – Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche 7-16