Cos'è ciclo rankine?

Il Ciclo Rankine è un ciclo termodinamico che converte calore in lavoro. È ampiamente utilizzato nelle centrali termoelettriche, come quelle a carbone, nucleari e a gas naturale, per generare energia elettrica. Si basa sul principio di far evaporare e condensare un fluido di lavoro, tipicamente acqua, per produrre vapore che aziona una turbina.

Ecco una descrizione più dettagliata delle fasi del ciclo e dei suoi componenti principali:

Fasi del Ciclo Rankine:

1. Pompa (Compressione Ientropica): Il fluido di lavoro (acqua liquida) viene pompato da una bassa pressione (condensatore) a una alta pressione (caldaia). Questo processo è idealmente isentropico, ovvero avviene a entropia costante. Richiede una piccola quantità di lavoro.

2. Caldaia (Aggiunta di Calore Isobarica): L'acqua ad alta pressione entra nella caldaia dove viene riscaldata a pressione costante (isobarica). Il calore viene fornito da una fonte esterna (combustione di combustibili fossili, reazione nucleare, ecc.). L'acqua viene prima riscaldata fino alla temperatura di saturazione, poi vaporizzata (trasformandosi in vapore saturo) e infine surriscaldata (aumentando la temperatura del vapore oltre il punto di saturazione). Il surriscaldamento aumenta l'efficienza del ciclo e riduce il contenuto di umidità del vapore in uscita dalla turbina.

3. Turbina (Espansione Ientropica): Il vapore ad alta pressione e temperatura entra nella turbina e si espande attraverso le sue pale. L'espansione del vapore mette in rotazione la turbina, che a sua volta è collegata a un generatore elettrico. Questo processo è idealmente isentropico, convertendo l'energia termica del vapore in lavoro meccanico.

4. Condensatore (Rimozione di Calore Isobarica): Il vapore a bassa pressione in uscita dalla turbina entra nel condensatore. Nel condensatore, il vapore viene raffreddato a pressione costante (isobarica), condensando in acqua liquida. Il calore viene rimosso dal fluido di lavoro e trasferito a un fluido di raffreddamento (acqua di raffreddamento o aria). L'acqua liquida viene quindi pompata di nuovo alla caldaia, completando il ciclo.

Componenti Principali:

• Caldaia: Genera vapore ad alta pressione.
• Turbina: Converte l'energia termica del vapore in lavoro meccanico.
• Condensatore: Condensa il vapore in acqua liquida.
• Pompa: Aumenta la pressione dell'acqua liquida.

Efficienza:

L'efficienza del ciclo Rankine è limitata dalle temperature del calore aggiunto (caldaia) e del calore rifiutato (condensatore). Maggiore è la differenza tra queste temperature, maggiore è l'efficienza del ciclo. Diverse tecniche vengono utilizzate per migliorare l'efficienza del ciclo Rankine, come il surriscaldamento, il risurriscaldamento e il ciclo rigenerativo.