Ciclo di Rankine a vapore surriscaldato

ciclo termodinamico analogo al ciclo di Rankine a cui viene aggiunta una fase di surriscaldamento
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 del tipo Ciclo diretto a vapore acqueo che, rispetto al ciclo di Rankine semplice, presenta uno schema d'impianto analogo, tranne che per una modifica nella generatore di vapore, alla quale è aggiunto uno stadio di surriscaldamento, il quale che si nota nel diagramma a fianco un "dente" del rispetto al ciclo di rankine.

Fasi del cicloModifica

Il liquido saturo, dopo essere stato passato da una Pompa idraulica a pressione elevata, va alla generatore di vapore, in condizioni di liquido non saturo, per essere riscaldato trasformazione isobarica 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 trasformazione isobarica, cioè alla stessa pressione.

Vantaggi e svantaggiModifica

Operando 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 gocce liquide che causano l'effetto di erosione.

Questo surriscaldamento ha altri aspetti vantaggiosi 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 del vapore surriscaldato. Quest'ultima tuttavia è soggetta, sia a vincoli di tipo economico a causa delle resa che ha una crescita non lineare, sia a vincoli dei materiali impiegati (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 del generatore di vapore 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 ma possono essercene anche tre o quattro intervallate dal ritorno in turbina.

Voci correlateModifica