Nel ciclo Rankine il fluido di lavoro subisce un processo di vaporizzazione in cui passa dalla stato liquido allo stato aeriforme e un processo di condensazione in cui il fluido ritorna alla stato liquido. Il primo processo richiede l’immissione di calore mentre il secondo rilascia calore che deve essere smaltito.
Per essere sfruttabile ai fini di una conversione da energia termica in lavoro utile è indispensabile che i due processi avvengano a pressioni differenti e tale condizione implica che le due transizioni si realizzino a temperature diverse, più calda per la vaporizzazione e più fredda per la condensazione.
Il ciclo Rankine permette di separare fisicamente le zone in cui avvengono le due variazioni di fase: un serbatoio caldo in cui avviene la vaporizzazione del fluido pressurizzato e un serbatoio freddo che ospita la condensazione del fluido depressurizzato.
Il fluido pressurizzato passa dal serbatoio caldo al serbatoio freddo in fase aeriforme e ritorna alla camera calda in fase liquida.
Il primo processo è spontaneo e con un opportuno dispositivo che sfrutti l’espansione del fluido si estrae lavoro sotto forma di energia meccanica che a sua volta può essere ulteriormente convertita in energia elettrica.
Il secondo processo, cioè la pressurizzazione del liquido, non è spontaneo e richiede lavoro ovvero immissione di energia meccanica nel sistema.
Il seguente schema a blocchi illustra graficamente i concetti appena esposti.
Per essere sfruttabile ai fini di una conversione da energia termica in lavoro utile è indispensabile che i due processi avvengano a pressioni differenti e tale condizione implica che le due transizioni si realizzino a temperature diverse, più calda per la vaporizzazione e più fredda per la condensazione.
Il ciclo Rankine permette di separare fisicamente le zone in cui avvengono le due variazioni di fase: un serbatoio caldo in cui avviene la vaporizzazione del fluido pressurizzato e un serbatoio freddo che ospita la condensazione del fluido depressurizzato.
Il fluido pressurizzato passa dal serbatoio caldo al serbatoio freddo in fase aeriforme e ritorna alla camera calda in fase liquida.
Il primo processo è spontaneo e con un opportuno dispositivo che sfrutti l’espansione del fluido si estrae lavoro sotto forma di energia meccanica che a sua volta può essere ulteriormente convertita in energia elettrica.
Il secondo processo, cioè la pressurizzazione del liquido, non è spontaneo e richiede lavoro ovvero immissione di energia meccanica nel sistema.
Il seguente schema a blocchi illustra graficamente i concetti appena esposti.
Il passaggio chiave di tutto lo schema è costituito dall’estrazione dell’energia meccanica durante l’espansione del fluido pressurizzato in fase aeriforme: l’espansore volumetrico adiabatico trova applicazione in questo stadio.
Dal punto di vista meccanico il dispositivo è assimilabile al classico sistema pistone/cilindro. Delle valvole a luce sul cilindro e un’opportuna conformazione del pistone determinano l’immissione del fluido compresso in prossimità del Punto Morto Superiore (PMS) e lo scarico del fluido espanso in prossimità del Punto Morto Inferiore (PMI). I diversi valori di pressione fra il movimento di andata e quello di ritorno determinano un lavoro netto positivo per ogni ciclo di funzionamento.
Pur essendo possibile impiegare la stessa soluzione valvolare in configurazioni dotate di biella e manovella, questo approccio è stato tralasciato in quanto si ritiene più favorevole il bilancio complessivo associato alla modalità free piston.
Le configurazioni free piston sono costruttivamente più semplici e non soffrono del problema dell’usura causata dalle forze laterali tipiche dei sistemi biellati. Un alternatore lineare che riceve il movimento dal pistone dell’espansore provvede alla conversione dell’energia meccanica in energia elettrica. Nel free piston l’innovazione tecnologica incontra l’essenzialità costruttiva.
Dal punto di vista meccanico il dispositivo è assimilabile al classico sistema pistone/cilindro. Delle valvole a luce sul cilindro e un’opportuna conformazione del pistone determinano l’immissione del fluido compresso in prossimità del Punto Morto Superiore (PMS) e lo scarico del fluido espanso in prossimità del Punto Morto Inferiore (PMI). I diversi valori di pressione fra il movimento di andata e quello di ritorno determinano un lavoro netto positivo per ogni ciclo di funzionamento.
Pur essendo possibile impiegare la stessa soluzione valvolare in configurazioni dotate di biella e manovella, questo approccio è stato tralasciato in quanto si ritiene più favorevole il bilancio complessivo associato alla modalità free piston.
Le configurazioni free piston sono costruttivamente più semplici e non soffrono del problema dell’usura causata dalle forze laterali tipiche dei sistemi biellati. Un alternatore lineare che riceve il movimento dal pistone dell’espansore provvede alla conversione dell’energia meccanica in energia elettrica. Nel free piston l’innovazione tecnologica incontra l’essenzialità costruttiva.
Nessun commento:
Posta un commento
Puoi scrivere qui eventuali richieste di chiarimenti, perplessità o il tuo parere su quanto esposto / Please, write here questions, doubts or your opinion on the post