Termodinamica

Descrizione "in estrema sintesi", cercando di fornire le conoscenze minime necessarie al conseguimento dell'abilitazione di I° (ma anche di II°) grado, sulla base delle esperienze degli esami svolti in varie sedi riportate dai corsisti. In qualche interrogazione d'esame, oltre che di descrivere i cicli nei tre piani p-v, T-s ed h-s (vedi dispensa Termodinamica del vapore), con i relativi vantaggi e svantaggi, è stato anche chiesto di indicare come si potrebbe determinare il rendimento di una classica produzione termoelettrica con caldaia e turbina.

Rappresentazione del ciclo con risurriscaldamento per calcolo del rendimento: vedi fig. 5.118 del libro di testo, oppure clicca qui.

 

Cos'è il rendimento?

Il rendimento in generale è il rapporto tra utile e speso.

 

                            UTILE

Rendimento = -----------------

                           SPESO

 

Il rend. si chiama "eta" simbolo "η", è compreso tra 0 ed 1 e non ha unità di misura:

 

0 < η< 1  

 

Per determinare il rendimento,

a volte si procede in forma diretta, facendo effettivamente il rapporto tra utile e speso, entrambi debitamente calcolati,

altre volte si procede in forma indiretta, determinando il rendimento in forma percentuale come differenza tra cento e ciò che va perso, calcolando il "perso" in forma percentuale.

Esempio classico dove si usa la forma indiretta è la determinazione del rendimento di combustione (Hassenstein).

Esempio

ηcomb. (%) = 100 - Ps (%) = 100 - 12 = 88 %,

 

il rendimento da indicare nelle formule sarà

 

η η (%) / 100 = 0,88.

 

_________________________________________

 

Per una combustione:

lo "speso" è l'energia immessa (combustione),

l' "utile" è il calore trasferito alle superfici di scambio,

Nota: Se calcolato in forma indiretta, il "perso" è ciò che si perde al camino; vedi l'esempio qui sopra.

 

Per un generatore di vapore:

il rendimento del generatore comprende anche quello di combustione.

lo "speso" è l'energia immessa (combustione), (pci x portata comb,)

l' "utile" è l'incremento di entalpia tra acqua di alimento e vapore che esce dalla presa vapore (o dal surriscaldatore), (differenza di entalpia x W).

Nota: Rispetto al rendimento di combustione, quello del generatore è inferiore di circa un indicativo 3% (generatore medio 5 - 10 t/h, mediamente isolato e funzionante a pieno carico), si deve infatti considerare che un generatore ha perdite per irraggiamento (costanti in valore assoluto) e perdite varie (spurghi, prelievi, ...),

rifacendosi all'esempio di cui sopra, sempre in forma indiretta, si ha che il rendimento di un generatore è:  .

η (%) = 100 - Ps (%) - 3 (%) = 100 - 12 - 3 = 85 %,

 

Per una turbina a vapore:

il calcolo esatto c'è sul libro di testo; per un valore indicativo coerente possiamo assumere 0,7.

 

Per un ciclo termodinamico:

Riferendosi ad un ciclo di Rankine con risurriscaldamento, lo "speso" è la somma degli incrementi di entalpia (da inizio pompaggio ad uscita surriscaldatore + da ingresso ad uscita risurriscaldatore),

l' "utile" è la somma delle differenze di entalpia delle espansioni in turbina (almeno teoricamente) adiabatiche, in parole semplici i tratti (almeno teoricamente) verticali del ciclo.

 

Il rendimento di un insieme caldaia turbina tiene dunque conto:

del rendimento del generatore,

del rendimento del ciclo termodinamico,

del rendimento della turbina,

moltiplicando quindi i tre rendimenti.

 

ηtot. = ηgen.vap.  x ηciclo x ηturbina

 

Esempio numerico (dati come nel libro):

 

ηtot. = 0,85 x 0,364 x 0,71 = 0,217

 

Per trovare un esempio numerico completo di questi calcoli, vedere il libro di testo al capitolo V "Generatori di vapore" dopo il paragrafo 5.14 "condensatori". 

 

Nota: Se si vuole proprio arrivare al rendimento del processo completo, si deve tener conto anche del rendimento della macchina elettrica, l'alternatore, indicativamente 0,97, e poi del trasformatore e poi e poi....

 

Aiuto per il calcolo del rendimento del ciclo termodinamico

Rappresentazione del ciclo con risurriscaldamento per calcolo del rendimento: vedi fig. 5.118 del libro di testo,

oppure, per vedere e/o scaricare l'immagine e la spiegazione al riguardo clicca qui.

 

Diagramma di Mollier

Il diagramma di Mollier scaricabile qui sotto non comprende la parte "bassa" (fine condensazione ed ingresso in caldaia), ma i relativi valori di entalpia si possono facilmente ricavare dalla tabella del vapore.

E' comunque utile per chi studia per il primo grado (ma anche il secondo...), in quanto, a volte, all'esame viene chiesto di individuare nel diagramma i punti (ingresso ed uscita turbina prima espansione -> ingresso ed uscita risurriscaldatore -> ingresso ed uscita turbina seconda espansione), dati solitamente relativi all'impianto presso il quale si è svolto il tirocinio. 

Diagramma di Mollier
Piano entalpia entropia h-s
Diagramma di Mollier.pdf
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