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Cap.7 - I cicli termici delle macchine motrici
Il ciclo Brayton con rigenerazione
Lo schema di questo tipo di impianto è riportato in Fig.23 ed il ciclo termodinamico in
Fig.24: negli impianti a combustione interna e ciclo aperto, ovviamente lo scambiatore di
bassa temperatura non è presente. In questo impianto si utilizzano i gas caldi in uscita dalla
turbina, a temperatura ancora elevata, per preriscaldare tramite uno scambiatore di calore a
superficie, detto rigeneratore il gas all’uscita del compressore prima dell’introduzione nella
camera di combustione. Si risparmia quindi combustibile, aumentando il rendimento, a spese
dell’introduzione di un nuovo componente, generalmente costoso ed ingombrante. La
rigenerazione si adotta talvolta in impianti di potenza inferiore a 10 MW, ed è considerata
antieconomica per potenze superiori date le grosse dimensioni del rigeneratore, per quanto
l’introduzione di nuovi scambiatori di calore compatti potrebbe in futuro modificare queste
considerazioni. Inoltre, essa è improponibile (per motivi di ingombro e peso) nel caso della
propulsione aeronautica.
I bilanci dei cinque sistemi aperti che costituiscono l’impianto sono riportati nel seguito: le
prime quattro espressioni sono identiche a quelle del ciclo Brayton semplice. Come di
consueto, le espressioni in cui compare l’entalpia sono valide per qualunque fluido, quelle in
cui compare la temperatura solo per gas ideali a c p costante.
compressore (1-2) W ' − G ( h − h ) = − G c ( T −T
)
mp
= (7.43)
scambiatore alta T (2-3) W G ( h − h ) = G c ( T − )
tc
2
1
= (7.44)
3 2 p 3
T2
turbina (3-4) W ' G ( h − h ) = G c ( T −T
)
mt
= (7.45)
scambiatore bassa T (4-1) W − G ( h − h ) = − G c ( T − )
G
h
tf
3
4
4 1
p 4
T1
p
= (7.46)
−
4
h2 = G h − h ; T − T = T − T (7.47)
rigeneratore (4-b e 2-a) (
a
) (
4 b
)
a 2
b
p
3
2
4
1
h,T
3
a
4
2
1
b'
b
calore
recuperato
Figura 24: Diagramma T-s per ciclo Brayton con rigenerazione.
A
B
s
P.Di Marco – Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche 7-35