Ciclo topping senza recupero

La temperatura e la pressione di condensazione del ciclo topping sono svincolate dalla temperatura dell’aria esterna e quindi le prestazioni del ciclo topping non sono influenzate dalle condizioni stagionali. Per contenere il rapporto di espansione e non lavorare a vuoto spinto nel ciclo topping, è preferibile condensare ad una pressione almeno pari a quella atmosferica (cfr. § 5.1.9). Per questo motivo le simulazioni del ciclo topping sono fatte con una temperatura di condensazione di per benzene, metanolo e acetone mentre per gli altri fluidi la temperatura di condensazione è

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aumentata fino la temperatura di saturazione corrispondente alla pressione atmosferica, riportata in Tabella 2.

7.2.1.1. Analisi dei parametri al variare della TIT a pressione

di evaporazione costante

Viene analizzato e riportato (Grafico 23-Grafico 30) l’andamento dei parametri variando la temperatura di ingresso in turbina (ovvero il surriscaldamento), dalla temperatura di saturazione alla temperatura massima stabilita mantenendo costante la pressione di evaporazione pari a .

Il rendimento e il lavoro specifico del ciclo topping hanno andamenti simili a quelli del ciclo semplice, ovviamente i valori assoluti al variare della TIT saranno diversi a causa della mutata pressione di condensazione. A causa della maggiore pressione di condensazione, sarà minore il salto entalpico in turbina e questo è particolarmente evidente su potenza e rendimento. Quindi, pur rimanendo simile l’andamento varia la posizione relativa tra le curve dei diversi fluidi rispetto ai grafici relativi al ciclo semplice. Per esempio, il toluene e il benzene (e anche l’acetone) che in ciclo semplice avevano rendimento minore degli xileni e del metanolo, pur lavorando tra il medesimo salto di pressione, in ciclo topping hanno rendimento maggiore. Osservazioni analoghe possono essere fatte anche per gli altri parametri.

Al variare della TIT la potenza ha lo stesso andamento del rendimento e la portata presenta gli stessi andamenti osservati per il ciclo semplice, con una sua diminuzione all’aumentare della TIT. In valore assoluto la portata è leggermente maggiore rispetto alla configurazione semplice perché aumentando la temperatura di condensazione diminuisce l’entalpia necessaria a riscaldare il fluido e quindi per recuperare la stessa potenza termica deve aumentare la portata.

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Il rapporto di espansione, a causa della pressione di condensazione almeno pari a quella atmosferica presenta valori molto più contenuti rispetto alla configurazione in ciclo semplice. Per tutti i fluidi il rapporto di espansione è inferiore a 50. Rapporti di espansione così contenuti permettono di utilizzare espansori più semplici (anche a singolo stadio di espansione) e più compatti.

Il size parameter ha lo stesso andamento della configurazione a ciclo semplice, ma valore assoluto maggiore in conseguenza alle maggiori portate e al minore lavoro specifico.

Il BWR ha lo stesso andamento del ciclo semplice ma valore assoluto doppio, il che significa che raddoppiano i consumi di pompaggio e la loro incidenza sulla potenza netta.

Il rendimento di recupero riportato fa riferimento solo al calore che si riesce a recuperare dai serbatoi ad alta temperatura, non essendo fisicamente possibile recuperare calore anche dal serbatoio a bassa temperatura, essendo la temperatura di condensazione maggiore (o al massimo uguale) della temperatura a cui è disponibile il calore nel serbatoio ad acqua. Nonostante ciò, tutti i fluidi nella configurazione topping senza recupero riescono a recuperare tutto il calore disponibile nei serbatoi ad alta temperatura al variare della TIT.

7.2.1.2. Analisi dei parametri al variare della pressione di

evaporazione a TIT costante

Viene analizzato e riportato (Grafico 31-Grafico 38) l’andamento dei parametri variando la pressione di evaporazione da sopra la pressione di condensazione fino a , mantenendo costante la temperatura di ingresso in turbina pari a .

Anche in questo caso rendimento e lavoro specifico presentano gli stessi andamenti manifestati nella configurazione a ciclo semplice, con un

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andamento che, indipendentemente dal fluido, è inizialmente crescente all’aumentare della pressione e poi tende ad appiattirsi a pressioni maggiori.

La potenza ha esattamente gli stessi andamenti del rendimento.

La portata di fluido all’aumentare della pressione di evaporazione rimane praticamente costante per i fluidi “wet” mentre aumenta leggermente per gli altri fluidi.

Poiché il volume specifico dipende dall’inverso della pressione, maggiore è la pressione di evaporazione minore è il volume specifico all’ingresso della turbina. Di conseguenza, a parità di pressione di condensazione, all’aumentare della pressione di evaporazione aumenta anche il rapporto di espansione. Anche qui si può notare come i rapporti di espansione siano molto minori della configurazione a ciclo semplice.

All’aumentare della pressione di evaporazione il size parameter diminuisce fino ad assestarsi attorno ad un valore costante, in particolar modo a causa della riduzione di portata e all’aumento del salto entalpico.

Il BWR ha lo stesso andamento del ciclo semplice all’aumentare della pressione ma valore assoluto doppio.

Il rendimento di recupero al variare della pressione di evaporazione rimane costante per tutti i fluidi.

7.2.1.3. Considerazioni generali

L’aumento della pressione di condensazione incide pesantemente su rendimento e potenza producibile, con il rendimento che non supera mai lo 0,17. Come per il ciclo semplice, con condensazione prossima alla temperatura ambiente, le prestazioni migliori alle alte pressioni e temperature si hanno con i fluidi “wet” in particolar modo acqua e metanolo, ma con potenze e prestazioni molto minori rispetto al caso semplice. Nonostante questo, non si hanno i problemi dovuti alla condensazione a pressione subatmosferica, i rapporti di espansione sono più di due ordini di grandezza minori e il size parameter è di un ordine di grandezza minore,

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quindi gli espansori saranno molto più semplici, economici e compatti. In Tabella 17 sono riportati a scopo di confronto i valori dei parametri del ciclo per i quali per ciascun fluido si ottiene la potenza massima.

Tabella 17: Parametri del ciclo topping senza recupero per cui si ottiene la potenza massima nelle simulazioni