Modalità di esercizio Heating

7.2.1. Etanolo

Nell’analisi di sensitività sul rendimento dei dispositivi bifase del ciclo termodinamico operante con etanolo nella modalità di esercizio Heating si assume la seguente n-pla dei parametri di processo (Figura 7.1):

 TCND = 50 °C, TGV = 230 °C, xGV = 1, xCP = xCP,MIN (quest’ultima grandezza rappresenta il titolo in ingresso

nel compressore bifase corrispondente alla potenza termica per unità di portata massica fornita nel condensatore dal fluido di lavoro all’utenza pari a 20 kJ/kg),

La n-pla in esame è associata al valore massimo dell’indicatore EE (determinato tramite analisi di sensitività sui parametri di processo) nel caso di ciclo termodinamico motore con etanolo in presenza di compressione bifase nella modalità di esercizio Heating (caso n° 62 nella Tabella 6.8, Par. 6.4.6.1).

. Figura 7.1.Etanolo, mod. H: diag. T-S.

Nella Tabella 7.1 sono riportate le seguenti grandezze ottenute tramite la suddetta analisi di sensitività: – WE = potenza elettrica (in valore assoluto, [kW]) complessivamente scambiata dal fluido con l’esterno (M,

O indicano il ciclo termodinamico funzionante rispettivamente come macchina motrice o operatrice); – WT = potenza termica complessivamente fornita dal fluido di lavoro all’utenza [kW];

– Indicatori delle prestazioni energetiche EE, EUF, TPES [-]. Si osserva quanto di seguito:

– Nei casi 1 ÷ 8, 9 ÷ 12 accade che il fluido di lavoro in uscita dal processo di espansione (punto D) si trova rispettivamente nella fase di vapore saturo umido alla temperatura pari a 25 °C e nella fase di vapore surriscaldato alla temperatura di circa 29 °C. In tali casi 1 ÷ 8, 9 ÷ 12 durante la trasf. D – E ha luogo la cessione di potenza termica dal fluido di lavoro alla sorgente termica a bassa temperatura;

– Nei casi 13 ÷ 16 accade che il fluido di lavoro in uscita dal processo di espansione (punto D) si trova nella fase di vapore surriscaldato alla temperatura di circa 69 °C. In tali casi durante la trasf. D – E si usano

due scambiatori di calore tra di loro in serie, in particolare nel primo scambiatore ha luogo la fornitura di potenza termica dal fluido di lavoro all’utenza e nel secondo scambiatore (dissipatore termico) ha luogo la cessione di potenza termica dal fluido di lavoro alla sorgente termica a bassa temperatura (la temperatura del fluido in uscita dal primo e secondo scambiatore è rispettivamente pari a 50 °C, 25 °C).

Caso TCND TGV xGV ηE ηCP xCP WE WT Ciclo EUF EE TPES

[°C] [°C] [-] [-] [-] [-] [kW] [kW] [-] [-] [-] 1 50 230 1.00 0.9 0.85 min 293 20 M 0.31 0.89 0.18 2 50 230 1.00 0.9 0.65 min 292 20 M 0.31 0.89 0.18 3 50 230 1.00 0.9 0.45 min 289 20 M 0.30 0.88 0.17 4 50 230 1.00 0.9 0.25 min 284 20 M 0.30 0.86 0.16 5 50 230 1.00 0.7 0.85 min 225 20 M 0.24 0.68 -0.06 6 50 230 1.00 0.7 0.65 min 224 20 M 0.24 0.68 -0.07 7 50 230 1.00 0.7 0.45 min 221 20 M 0.24 0.67 -0.08 8 50 230 1.00 0.7 0.25 min 216 20 M 0.23 0.66 -0.10 9 50 230 1.00 0.5 0.85 min 157 20 M 0.17 0.48 -0.50 10 50 230 1.00 0.5 0.65 min 156 20 M 0.17 0.47 -0.51 11 50 230 1.00 0.5 0.45 min 153 20 M 0.17 0.47 -0.54 12 50 230 1.00 0.5 0.25 min 148 20 M 0.16 0.45 -0.59 13 50 230 1.00 0.3 0.85 min 89 20 M 0.11 0.27 -1.58 14 50 230 1.00 0.3 0.65 min 88 20 M 0.11 0.27 -1.61 15 50 230 1.00 0.3 0.45 min 85 20 M 0.10 0.26 -1.68 16 50 230 1.00 0.3 0.25 min 80 20 M 0.10 0.24 -1.85

Tabella 7.1. Etanolo, mod. H: WE [kW], WT [kW], EUF [-], EE [-], TPES [-] al variare di ηE [-], ηCP [-].

In Figura 7.2 ed in Figura 7.3 sono illustrati gli andamenti di EUF [-], TPES [-], EE [-] al variare di ηE [-], ηCP [-] (riportati nella Tabella 7.1), da cui si evince quanto di seguito:

– I cicli termodinamici funzionano come macchine motrici nell’intero range di ηCP ed ηE;

– Il consumo di fonte energetica primaria dei cicli termodinamici in esame è minore rispetto all’omologo di un sistema di produzione separata (TPES > 0) nell’intero range di ηCP e per ηE > 0.75;

– L’aumento di EUF, EE, TPES all’aumentare di ηCP è molto modesto a seguito della modesta variazione percentuale dell’entalpia specifica associata al processo di compressione bifase, inoltre l’aumento di EUF, EE, TPES all’aumentare di ηE è marcato in quanto la variazione percentuale dell’entalpia specifica associata al processo di espansione bifase è rilevante.

Figura 7.2. Etanolo, mod. H: EUF [-], TPES [-] al variare di ηE [-], ηCP [-].

7.2.2. Nonano

Nell’analisi di sensitività sul rendimento dei dispositivi bifase del ciclo termodinamico operante con nonano nella modalità di esercizio Heating si assume la seguente n-pla dei parametri di processo (Figura 7.4):

 TCND = 50 °C, TGV = 310 °C, xGV = 0, xCP = xCP,MIN (quest’ultima grandezza rappresenta il titolo in ingresso

nel compressore bifase corrispondente alla potenza termica per unità di portata massica fornita nel condensatore dal fluido di lavoro all’utenza pari a 20 kJ/kg),

La n-pla in esame è associata al valore dell’indicatore EE prossimo a quello massimo (determinato tramite analisi di sensitività sui parametri di processo) nel caso di ciclo termodinamico motore con nonano in presenza di compressione bifase nella modalità di esercizio Heating86.

Figura 7.4. Nonano, mod. H: diag. T-S.

Si osserva che il fluido di lavoro in uscita dal processo di espansione (punto D1) dapprima circola nel primo scambiatore di calore ove ha luogo la fornitura di potenza termica dal fluido di lavoro all’utenza (trasf. D1 – D2, in particolare la temperatura nel punto D2 è pari a 50 °C) ed in seguito circola nel secondo scambiatore di calore ove ha luogo la cesisone di potenza termica dal fluido di lavoro alla sorgente termica a bassa temperatura (trasf. D2 – E, in particolare la temperatura nel punto E è pari a 25 °C).

Nella Tabella 7.2 sono riportate le seguenti grandezze ottenute tramite la suddetta analisi di sensitività: – WE, WT, EE, EUF, TPES (Par. 7.2.1).

Caso TCND TGV xGV ηE ηCP xCP WE WT Ciclo EUF EE TPES

[°C] [°C] [-] [-] [-] [-] [kW] [kW] [-] [-] [-] 1 50 310 0.00 0.9 0.85 min 157 243 M 0.57 0.86 0.30 2 50 310 0.00 0.9 0.65 min 156 243 M 0.56 0.84 0.29 3 50 310 0.00 0.9 0.45 min 154 243 M 0.56 0.83 0.28 4 50 310 0.00 0.9 0.25 min 149 243 M 0.55 0.81 0.27 5 50 310 0.00 0.7 0.85 min 161 246 M 0.56 0.83 0.29 6 50 310 0.00 0.7 0.65 min 160 246 M 0.56 0.83 0.28 7 50 310 0.00 0.7 0.45 min 158 246 M 0.56 0.82 0.28 8 50 310 0.00 0.7 0.25 min 153 246 M 0.55 0.80 0.26 9 50 310 0.00 0.5 0.85 min 166 248 M 0.56 0.82 0.28 10 50 310 0.00 0.5 0.65 min 164 248 M 0.56 0.82 0.28 11 50 310 0.00 0.5 0.45 min 162 248 M 0.56 0.81 0.27 12 50 310 0.00 0.5 0.25 min 158 248 M 0.55 0.79 0.26 13 50 310 0.00 0.3 0.85 min 169 250 M 0.56 0.81 0.28 14 50 310 0.00 0.3 0.65 min 168 250 M 0.56 0.81 0.27 15 50 310 0.00 0.3 0.45 min 166 250 M 0.56 0.80 0.27 16 50 310 0.00 0.3 0.25 min 161 250 M 0.55 0.78 0.25

Tabella 7.2. Nonano, mod. H: WE [kW], WT [kW], EUF [-], EE [-], TPES [-] al variare di ηE [-], ηCP [-].

In Figura 7.5 ed in Figura 7.6 sono illustrati gli andamenti di EUF [-], TPES [-], EE [-] al variare di ηE [-], ηCP [-] (riportati nella Tabella 7.2), da cui si evince quanto di seguito:

– I cicli termodinamici funzionano come macchine motrici nell’intero range di ηCP e di ηE; 86

Alla n-pla dei parametri di processo in esame (associata al caso n° 81 dell’analisi di sensitività sui parametri di processo) appartiene il parametro di processo xGV = 0, quest’ultimo è adoperato nella presente analisi in maniera tale da

consentire la valutazione circa l’influenza del rendimento isoentropico dell’espansore bifase sugli indicatori delle prestazioni. La n-pla dei parametri di processo associata al valore massimo di EE (caso n° 87 in Tabella 6.11, Par. 6.4.6.2) è identica alla n-pla in esame a meno del parametro xGV = 1, in tale situazione accade che il processo di

– Il consumo di fonte energetica primaria dei cicli termodinamici in esame è minore rispetto all’omologo di un sistema di produzione separata (TPES > 0) nell’intero range di ηCP e di ηE;

– L’aumento di EUF, EE, TPES all’aumentare di ηCP e di ηE è molto modesto a seguito della modesta variazione percentuale dell’entalpia specifica associata rispettivamente ai processi di compressione bifase e di espansione bifase.

Figura 7.5. Nonano, mod. H: EUF [-], TPES [-] al variare di ηE [-], ηCP [-].

Figura 7.6. Nonano, mod. H: EE [-] al variare di ηE [-], ηCP [-].