Utenza industriale 1 Metanolo

Compressione monofase

Il diag. T-S ed i parametri di processo del ciclo termodinamico con metanolo in presenza di compressione monofase nella modalità di esercizio Heating a servizio dell’utenza industriale (I) sono analoghi a quelli associati al ciclo termodinamico con metanolo in presenza di compressione monofase nella modalità di esercizio Heating a servizio dell’utenza residenziale (Figura 8.1 nel Par. 8.5.1.1), in particolare:

– La portata massica è determinata in maniera tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza richiesta più elevata, quest’ultima coincide con la potenza termica pari a 100 kW ed è fornita dal fluido di lavoro all’utenza complessivamente nell’inter-refrigeratore (trasf. F1,1 – F1,2), nel post-refrigeratore (trasf. 97

Nei casi per xGV < 0.6 accade che la temperatura in uscita dall’espansore monofase (punto D1) è minore di 50 °C per

cui non è sufficientemente elevata al fine di eseguire né la rigenerazione termica né la fornitura di potenza termica all’utenza, pertanto il fluido di lavoro nel punto D1 è inviato nel dissipatore termico.

F2 – E3) e nel condensatore (trasf. E3 – A);

– La temperatura nell’evaporatore, ove ha luogo la cessione di potenza termica dalla sorgente termica a bassa temperatura al fluido di lavoro (trasf. D – E1), è pari a 5 °C;

– La temperatura in uscita dall’inter-refrigeratore, posto in contatto termico con l’utenza (punto F1,2), è coincidente con la temperatura nel condensatore (quest’ultima associata alla trasf. E3 – A pari a 100 °C); – Il titolo in uscita dal generatore di vapore (xGV) è variabile nel range 0 (liquido saturo) ÷ 1 (vapore saturo

secco) con passo pari a 0.2;

– Il titolo in uscita dall’inter-refrigeratore posto in contatto termico con la sorgente termica a bassa temperatura (trasf. F1,2 – E2) è pari ad 1 (vapore saturo secco);

– Due stadi di compressione monofase aventi medesimo rapporto di compressione pari a circa 8.

Nella Tabella 8.7. sono riportate le grandezze MS, WH, WE,F, WH,F, EUF, TPES (Par. 8.5.1.1 – ciclo con compressione monofase) calcolate in corrispondenza dei suddetti parametri di processo:

– Il ciclo termodinamico è in grado di eseguire la fornitura all’utenza della potenza termica richiesta ma non è in grado di eseguire la fornitura all’utenza della potenza elettrica richiesta, infatti si rende necessaria la fornitura di potenza elettrica dall’esterno al fluido di lavoro (ciclo operatore);

– EUF aumenta al diminuire di xGV ed in particolare assume valore massimo pari a 1.56 per xGV = 0 invece il TPES aumenta all’aumentare di xGV ed in particolare assume valore massimo pari a 0.07 per xGV = 1. La scelta dei parametri di processo (in particolare xGV) è eseguita (in accordo a quanto descritto nel Par. 8.3) in maniera tale da massimizzare l’indicatore TPES in quanto il fluido di lavoro non è in grado (in alcun caso esaminato) di eseguire la fornitura all’utenza di potenza elettrica, ne consegue che si sceglie xGV = 1 (caso n° 6). In quest’ultimo caso l’indicatore EE non è definito in quanto le potenze meccaniche WTH, WR (Par. 2.4.2) hanno rispettivamente segno positivo e negativo.

Metanolo – comp. monofase – mod. H – utenza I

Caso xGV MS WH WH,F WE,F EUF TPES

[-] [kg/s] [kW] [kW] [kW] [-] [-] 1 0 0.08 44 100 -21 1.56 -0.04 2 0.2 0.08 49 100 -19 1.48 -0.02 3 0.4 0.08 54 100 -17 1.41 0.003 4 0.6 0.08 60 100 -15 1.34 0.02 5 0.8 0.08 65 100 -13 1.28 0.05 6 1 0.08 70 100 -11 1.23 0.07

Tabella 8.7. Metanolo, comp. monofase, mod. H, utenza I: MS [kg/s], WH, WH,F, WE,F [kW], EUF, TPES [-].

Nella Tabella 8.8 sono riportate le grandezze (Par. 8.4) associate al dimensionamento di massima del diametro delle tubazioni di ingresso (In) e di uscita (Out) dell’evaporatore adoperato nel ciclo termodinamico in esame, in particolare nel caso prescelto n° 6 si rende necessario l’impiego di n° 1 tubazioni sia in ingresso sia in uscita ed entrambe con diamentro pari a 0.15 m.

Metanolo – comp. monofase – mod. H – utenza I

Caso Sez. MS NT xM ρM ρV ρL vV vL Flow vM D

[kg/s] [-] [-] [kg/m3] [kg/m3] [kg/m3] [m/s] [m/s] [m/s] [m] 6 In 0.08 1 0.71 0.11 0.08 805 30 1.6E-03 Anul. 30 0.15

Out 0.08 1 1 0.08 0.08 60 Mon. 60 0.15

Tabella 8.8. Metanolo, comp. monofase, mod. H, utenza I: tubazioni ingresso (In), uscita (Out) dell’evaporatore.

Ciclo con compressione bifase

Il diag. T-S ed i parametri di processo del ciclo termodinamico con metanolo in presenza di compressione bifase nella modalità di esercizio Heating a servizio dell’utenza industriale (I) sono analoghi a quelli associati al ciclo termodinamico con metanolo in presenza di compressione bifase nella modalità di esercizio Heating a servizio dell’utenza residenziale (Par. 8.5.1.1) a meno delle seguenti differenze:

– La portata massica è determinata in maniera tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza richiesta più elevata, quest’ultima coincide con la potenza termica pari a 100 kW ed è fornita dal fluido di lavoro all’utenza nel condensatore;

– La temperatura nel condensatore è pari a 100 °C;

– Il titolo in ingresso nel compressore bifase è determinato in maniera tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza elettrica richiesta (nel caso in esame pari a 80 kW).

Nella Tabella 8.9 sono riportate le grandezze MS, WH, WE,F, WH,F, EUF, TPES (Par. 8.5.1.1 – ciclo con compressione monofase) calcolate in corrispondenza dei suddetti parametri di processo:

– Il ciclo termodinamico è in grado di eseguire la fornitura all’utenza delle potenze richieste termica ed elettrica;

– EUF, TPES aumentano all’aumentare di xGV, in particolare assumono valore massimo rispettivamente pari a 0.47, 0.16 per xGV = 1.

La scelta dei parametri di processo (in particolare xGV) è eseguita (in accordo a quanto descritto nel Par. 8.3) in maniera tale da massimizzare il TPES in quanto il fluido di lavoro è in grado di eseguire in ciascun caso esaminato la fornitura all’utenza della potenza elettrica e della potenza frigorifera richieste, ne consegue che si sceglie xGV = 1 (caso n° 6). In quest’ultimo caso l’indicatore EE risulta pari a 0.66.

Metanolo – comp. bifase – mod. H – utenza I

Caso xGV MS WH WH,F WE,F EUF TPES

[-] [kg/s] [kW] [kW] [kW] [-] [-] 1 0. 0.78 439 100 80 0.41 0.04 2 0.2 0.67 422 100 80 0.43 0.08 3 0.4 0.58 410 100 80 0.44 0.11 4 0.6 0.52 400 100 80 0.45 0.13 5 0.8 0.47 392 100 80 0.46 0.15 6 1.0 0.42 386 100 80 0.47 0.16

Tabella 8.9. Metanolo, comp. bifase, mod. H, utenza I: MS [kg/s], WH, WH,F, WE,F [kW], EUF, TPES [-].

8.5.2.2. Pentano

Ciclo con compressione monofase

Il diag. T-S ed i parametri di processo del ciclo termodinamico con pentano in presenza di compressione monofase nella modalità di esercizio Heating a servizio dell’utenza industriale (I) sono analoghi a quelli associati al ciclo termodinamico con pentano in presenza di compressione monofase nella modalità di esercizio Heating a servizio dell’utenza residenziale (Par. 8.5.1.2) a meno delle seguenti differenze:

– La portata massica è determinata in maniera tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza richiesta più elevata, quest’ultima coincide con la potenza termica pari a 100 kW ed è fornita dal fluido di lavoro all’utenza nel condensatore;

– La temperatura nel condensatore è pari a 100 °C;

– Il titolo in uscita dal generatore di vapore (xGV) è variabile nel range 0 (liquido saturo) ÷ 1 (vapore saturo secco)98 con passo pari a 0.2;

Nella Tabella 8.10 sono riportate le grandezze MS, WH, WE,F, WH,F, EUF, TPES (Par. 8.5.1.1 – ciclo con compressione monofase) calcolate in corrispondenza dei suddetti parametri di processo:

– Il ciclo termodinamico è in grado di eseguire la fornitura all’utenza della potenza termica richiesta ma non è in grado di eseguire la fornitura all’utenza della potenza elettrica richiesta, in particolare WE,F assume valore massimo pari a 13 kW per xGV = 1;

– EUF rimane costante circa pari ad 1 all’aumentare di xGV, TPES aumenta all’aumentare di xGV ed in particolare assume valore massimo pari a 0.37 per xGV = 1.

La scelta dei parametri di processo (in particolare xGV) è eseguita (in accordo a quanto descritto nel Par. 8.3) in maniera tale da massimizzare la potenza elettrica netta fornita dal fluido di lavoro all’utenza, ne consegue che si sceglie xGV = 1 (caso n° 6). In quest’ultimo caso l’indicatore EE risulta pari a 0.82.

98

Nel caso xGV = 0.6 accade che la temperatura in uscita dall’espansore monofase è circa pari a 107 °C ed è

insufficiente al fine di consentire la rigenerazione termica, per cui il fluido di lavoro in uscita dall’espansore monofase è inviato nel condensatore per la fornitura di potenza termica all’utenza. Nei casi xGV = 0 ÷ 0.4 accade che il fluido di lavoro

Pentano – comp. monofase – mod. H – utenza I

Caso xGV MS WH WH,F WE,F EUF TPES

[-] [kg/s] [kW] [kW] [kW] [-] [-] 1 0. 0.40 109 100 9 1 0.33 2 0.2 0.37 109 100 9 1 0.33 3 0.4 0.34 110 100 10 1 0.34 4 0.6 0.32 111 100 11 1 0.35 5 0.8 0.31 112 100 12 1 0.36 6 1.0 0.31 113 100 13 1 0.37

Tabella 8.10. Pentano, comp. monofase, mod. H, utenza I: MS [kg/s], WH, WH,F, WE,F [kW], EUF, TPES [-].

Ciclo con compressione bifase

Nella Figura 8.5 è rappresentato il diag. T-S del ciclo termodinamico con pentano in presenza di compressione monofase nella modalità di esercizio Heating a servizio dell’utenza industriale:

– La portata massica è determinata in maniera tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza richiesta più elevata, quest’ultima coincide con la potenza termica pari a 100 kW ed è fornita dal fluido di lavoro all’utenza nel condensatore (trasf. F – A);

– Il titolo in uscita dal generatore di vapore (xGV) è variabile nel range 0 (liquido saturo) ÷ 1 (vapore saturo secco) con passo pari a 0.2;

– Nel dissipatore termico avviene la cessione di potenza termica dal fluido di lavoro alla sorgente termica a bassa temperatura (trasf. D – E), in particolare la temperatura in uscita (punto E) è pari a 25 °C;

– Il titolo in ingresso nel compressore bifase (punto E) è determinato in maniera tale tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza elettrica richiesta (pari a 80 kW).

Figura 8.5. Pentano, comp. bifase, mod. H, utenza I: duag. T-S.

Nella Tabella 8.11 sono riportate le grandezze MS, WH, WE,F, WH,F, EUF, EE, TPES (Par. 8.5.1.1 – ciclo con compressione monofase) calcolate in corrispondenza dei suddetti parametri di processo:

– Il ciclo termodinamico è in grado di eseguire la fornitura all’utenza delle potenze richieste termica ed elettrica;

– EUF, TPES aumentano all’aumentare di xGV, in particolare assumono valore massimo rispettivamente pari a 0.38, -0.03 per xGV = 1.

La scelta dei parametri di processo (in particolare xGV) è eseguita (in accordo a quanto descritto nel Par. 8.3) in maniera tale da massimizzare il TPES in quanto il fluido di lavoro è in grado di eseguire in ciascun caso esaminato la fornitura all’utenza della potenza elettrica e della potenza frigorifera richieste, ne consegue che si sceglie xGV = 1 (caso n° 6). In quest’ultimo caso l’indicatore EE risulta pari a 0.66.

Pentano – comp. bifase – mod. H – utenza I

Caso xGV MS WH WH,F WE,F EUF TPES

[-] [kg/s] [kW] [kW] [kW] [-] [-] 1 0. 2.01 541 100 80 0.33 -0.18 2 0.2 1.73 508 100 80 0.35 -0.11 3 0.4 1.53 489 100 80 0.37 -0.07 4 0.6 1.39 479 100 80 0.38 -0.04 5 0.8 1.28 473 100 80 0.38 -0.03 6 1 1.19 471 100 80 0.38 -0.03

8.5.3. Conclusioni

In Tabella 8.12 e Tabella 8.13 sono riportate rispettivamente per il metanolo ed il pentano le grandezze WH,F, WE,F, EUF, EE, TPES (aventi significato noto) corrispondenti ai casi (individuati per il metanolo nei Par. 8.5.1.1, Par. 8.5.2.1 e per il pentano nei Par. 8.5.1.2, Par. 8.5.2.2) associati ai cicli con compressione monofase oppure bifase nella modalità Heating a servizio di utenze residenziale oppure industriale:

– I cicli termodinamici con metanolo o con pentano in presenza di compressione bifase, al contrario di quelli in presenza di compressione monofase, sono in grado di eseguire la fornitura all’utenza delle potenze richieste termica ed elettrica sia nel caso di utenza residenziale sia nel caso di utenza industriale;

– I cicli termodinamici con metanolo o con pentano in presenza di compressione monofase sono caratterizzati da valori maggiori di EUF, TPES rispetto agli omologhi in presenza di compressione bifase, ad eccezione del metanolo a servizio dell’utenza industriale in cui accade il contrario in merito al TPES99

. D’altra parte i cicli termodinamici con metanolo in presenza di compressione bifase sono caratterizzati da valori maggiori di EE rispetto agli omologhi in presenza di compressione monofase, il contrario accade nei cicli termodinamici con pentano.

Metanolo - Mod. H Caso WH,F WE,F EUF EE TPES

[kW] [kW] [-] [-] [-]

Utenza R Comp. Monof. 6 25 2 1.28 0.40 0.46

Comp. Bif. 6 25 20 0.52 0.75 0.25

Utenza I Comp. Monof. 6 100 -11 1.23 * 0.07

Comp. Bif. 6 100 80 0.47 0.66 0.16

Tabella 8.12. Metanolo, comp. monofase e bifase, mod. H: utenze residenziale, industriale.

Pentano - Mod. H Caso WH,F WE,F EUF EE TPES

[kW] [kW] [-] [-] [-]

Utenza R Comp. Monof. 6 25 6 1 0.83 0.45

Comp. Bif. 3 25 20 0.47 0.80 0.16

Utenza I Comp. Monof. 6 100 13 1 0.82 0.37

Comp. Bif. 6 100 80 0.38 0.66 -0.03

Tabella 8.13. Pentano, comp. monofase e bifase, mod. H: utenze residenziale, industriale.

8.6. Modalità di esercizio Cooling

8.6.1. Utenza residenziale

8.6.1.1. Metanolo

Ciclo con compressione monofase

Nella Figura 8.6 è rappresentato il diag. T-S del ciclo termodinamico operante con metanolo in presenza di compressione monofase nella modalità di esercizio Cooling a servizio dell’utenza residenziale (R):

– La portata massica è determinata in maniera tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza richiesta minima, quest’ultima coincide con la potenza frigorifera pari a 15 kW ed è fornita dal fluido di lavoro all’utenza nell’evaporatore (trasf. D – E)100

;

– Il titolo in uscita dal generatore di vapore (xGV) è variabile nel range 0 (liquido saturo) ÷ 1 (vapore saturo secco) con passo pari a 0.2;

– Nella rigenerazione termica ha luogo la cessione di potenza termica dal fluido di lavoro in uscita dal compressore monofase (punto F1,1) al medesimo fluido di lavoro in uscita dalla pompa di circolazione (punto B1), in particolare la temperatura in uscita dal rigeneratore termico lato caldo (punto F1,2) è fissata

99

Nel caso in esame il ciclo termodinamico in presenza di compressione monofase funziona come macchina operatrice ed il ciclo termodinamico in presenza di compressione bifase funziona come macchina motrice.

100 _{Nel caso in cui la portata massica è determinata in maniera tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza}

richiesta più elevata (potenza elettrica pari a 20 kW)allora per xGV = 0 (liquido saturo) ÷ 1 (vapore saturo secco) accade

che la potenza frigorifera prodotta nell’evaporatore è maggiore della potenza frigorifera richiesta dall’utenza. Pertanto si rende necessaria la dissipazione del surplus di potenza frigorifera prodotta. Al fine di evitare tale dissipazione la portata massica è determinata in maniera tale da eseguire la fornitura della potenza frigorifera all’utenza, in tale situazione accade che la potenza elettrica fornita all’utenza è minore rispetto alla potenza elettrica richiesta.

maggiore di 10 °C della temperatura in ingresso nel medesimo rigeneratore lato freddo (punto B1); – Nel condensatore ha luogo la cessione di potenza termica dal fluido di lavoro alla sorgente termica a

bassa temperatura (trasf. E2 – A), in particolare la temperatura in uscita (punto A) è pari a 25 °C; – Compressione monostadio monofase.

Figura 8.6. Metanolo, comp. monofase, mod. C, utenza R: diag. T-S.

Nella Tabella 8.14 sono riportate le grandezze MS, WH, WE,F, EUF, TPES (Par. 8.5.1.1 – ciclo con compressione monofase) e la grandezza WC,F (potenza frigorifera fornita dal fluido di lavoro all’utenza) calcolate in corrispondenza dei suddetti parametri di processo:

– Il ciclo termodinamico è in grado di eseguire la fornitura all’utenza della potenza frigorifera richiesta ma esso non è in grado di eseguire la fornitura all’utenza della potenza elettrica richiesta, in particolare WE,F assume valore massimo pari a 8 kW per xGV = 1;

– EUF, TPES aumentano al diminuire di xGV, in particolare assumono valore massimo rispettivamente pari a 0.93, 0.32 per xGV = 0.

La scelta dei parametri di processo (in particolare xGV) è eseguita (in accordo a quanto descritto nel Par. 8.3) in maniera tale da massimizzare la potenza elettrica netta fornita dal fluido di lavoro all’utenza, ne consegue che si sceglie xGV = 1 (caso n° 6). In quest’ultimo caso l’indicatore EE risulta pari a 0.62.

Metanolo – comp. monofase – mod. C – utenza R

Caso xGV MS WH WC,F WE,F EUF TPES

[-] [kg/s] [kW] [kW] [kW] [-] [-] 1 0. 0.03 18 15 2 0.93 0.32 2 0.2 0.03 21 15 3 0.82 0.29 3 0.4 0.03 26 15 4 0.73 0.26 4 0.6 0.03 30 15 5 0.65 0.23 5 0.8 0.04 36 15 6 0.58 0.20 6 1 0.04 44 15 8 0.53 0.18

Tabella 8.14. Metanolo, comp. monofase, mod. C, utenza R: MS [kg/s], WH, WC,F, WE,F [kW], EUF, TPES [-].

Nella Tabella 8.15 sono riportate le grandezze (Par. 8.4) associate al dimensionamento di massima del diametro delle tubazioni di ingresso (In) e di uscita (Out) dell’evaporatore adoperato nel ciclo termodinamico in esame, in particolare nel caso prescelto n° 6 si rende necessario l’impiego di n° 1 tubazioni sia in ingresso sia in uscita ed entrambe con diamentro pari a 0.10 m.

Metanolo – comp. monofase – mod. C – utenza R

Caso Sez. MS NT xM ρM ρV ρL vV vL Flow vM D

[kg/s] [-] [-] [kg/m3] [kg/m3] [kg/m3] [m/s] [m/s] [m/s] [m] 6 In 0.04 1 0.71 0.08 0.06 809 30 1.8E-03 Anul. 30 0.10

Out 0.04 1 1 0.06 0.06 70 Mon. 70 0.10

Tabella 8.15. Metanolo, comp. monofase, mod. C, utenza R: tubazioni ingresso (In), uscita (Out) dell’evaporatore.

Ciclo con compressione bifase

Nella Figura 8.7 è rappresentato il diag. T-S del ciclo termodinamico operante con metanolo in presenza di compressione bifase nella modalità di esercizio Cooling a servizio dell’utenza residenziale (R):

– La portata massica è determinata in maniera tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza richiesta più elevata, quest’ultima coincide con la potenza elettrica pari a 20 kW;

– Il titolo in ingresso nel compressore bifase (punto E) è determinato in maniera tale che la potenza frigorifera fornita dal fluido di lavoro all’utenza nell’evaporatore (trasf. D – E) sia uguale alla potenza frigorifera richiesta dall’utenza (pari a 15 kW);

– Il titolo in uscita dal generatore di vapore (xGV) è variabile nel range 0 (liquido saturo) ÷ 1 (vapore saturo secco) con passo pari a 0.2.

Figura 8.7. Metanolo, comp. bifase, mod. C, utenza R: diag. T-S.

Nella Tabella 8.16 sono riportate le grandezze MS, WH, WE,F, WC,F, EUF, TPES (Par. 8.5.1.1 – ciclo con compressione monofase) calcolate in corrispondenza dei suddetti parametri di processo:

– Il ciclo termodinamico esegue la fornitura all’utenza delle potenze richieste elettrica e frigorifera;

– EUF, TPES aumentano all’aumentare di xGV, in particolare assumono valore massimo rispettivamente pari a 0.33, -0.03 per xGV = 0.1.

La scelta dei parametri di processo (in particolare xGV) è eseguita (in accordo a quanto descritto nel Par. 8.3) in maniera tale da massimizzare il TPES in quanto il fluido di lavoro è in grado di eseguire (in ciascun caso esaminato) la fornitura all’utenza della potenza elettrica e della potenza frigorifera richieste, ne consegue che si sceglie xGV = 1 (caso n° 6). In quest’ultimo caso l’indicatore EE risulta pari a 0.64.

Metanolo – comp. bifase – mod. C – utenza R

Caso xGV MS WH WE,F WC,F EUF TPES

[-] [kg/s] [kW] [kW] [kW] [-] [-] 1 0. 0.16 128 20 15 0.27 -0.24 2 0.2 0.14 121 20 15 0.29 -0.18 3 0.4 0.13 116 20 15 0.30 -0.13 4 0.6 0.11 112 20 15 0.31 -0.09 5 0.8 0.10 108 20 15 0.32 -0.05 6 1 0.09 106 20 15 0.33 -0.03

Tabella 8.16. Metanolo, comp. bifase, mod. C, utenza R: MS [kg/s], WH, WC,F, WE,F [kW], EUF, TPES [-].

Nella Tabella 8.17 sono riportate le grandezze (Par. 8.4) associate al dimensionamento di massima del diametro delle tubazioni di ingresso (In) e di uscita (Out) dell’evaporatore adoperato nel ciclo termodinamico in esame, in particolare nel caso prescelto n° 6 si rende necessario l’impiego di n° 1 tubazioni sia in ingresso sia in uscita ed entrambe con diamentro pari a 0.15 m.

Metanolo – comp. bifase – mod. C – utenza R

Caso Sez. MS NT xM ρM ρV ρL vV vL Flow vM D

[kg/s] [-] [-] [kg/m3] [kg/m3] [kg/m3] [m/s] [m/s] [m/s] [m] 6 In 0.09 1 0.71 0.08 0.06 809 30 1.8E-03 Anul. 30 0.15

Out 0.09 1 0.84 0.07 0.06 809 30 1.0E-03 Anul. 30 0.15

Tabella 8.17. Metanolo, comp. bifase, mod. C, utenza R: tubazioni ingresso (In), uscita (Out) dell’evaporatore.

8.6.1.2. Pentano

Ciclo con compressione monofase

Nella Figura 8.8 è rappresentato il diag. T-S del ciclo termodinamico operante con pentano in presenza di compressione monofase nella modalità di esercizio Cooling a servizio delll’utenza residenziale (R):

– La portata massica è determinata in maniera tale da eseguire la fornitura all’utenza della potenza richiesta più elevata, quest’ultima coincide con la potenza elettrica pari a 20 kW;

– Il titolo in uscita dal generatore di vapore (xGV) è variabile nel range 0 (liquido saturo) ÷ 1 (vapore saturo secco)101 con passo pari a 0.2;

101

Nel caso xGV = 0 accade che la temperatura in uscita dall’espansore monofase è circa pari a 32 °C ed è insufficiente

al fine di consentire la rigenerazione termica, per cui il fluido in uscita dall’espansore monofase (punto C3) è inviato nel

– Nella rigenerazione termica ha luogo la cessione di potenza termica dal fluido di lavoro in uscita dall’espansore monofase (punto C3) al medesimo fluido di lavoro in uscita dalla pompa di circolazione (punto B1), in particolare la temperatura in uscita dal rigeneratore termico lato caldo (punto C4) è fissata maggiore di 10 °C della temperatura in ingresso nel medesimo rigeneratore lato freddo (punto B1); – La cessione di potenza termica dal fluido di lavoro alla sorgente termica a bassa temperatura ha luogo

sia nel primo dissipatore termico ubicato a valle del rigeneratore termico (trasf. C4 – C5) sia nel secondo dissipatore termico ubicato a valle del compressore monofase (trasf. F – A), in particolare la temperatura in uscita da entrambi i dissipatori (rispettivamente punti C5, A) è pari a 25 °C;

– Il titolo in uscita dal suddetto primo dissipatore (punto C5) è determinato in maniera tale che la potenza frigorifera fornita dal fluido di lavoro all’utenza nell’evaporatore (trasf. D – E) sia pari alla potenza frigorifera richiesta dall’utenza (pari a 15 kW);

– Compressione monofase monostadio.

Figura 8.8. Pentano, comp. monofase, mod. C, utenza R: diag. T-S.

Nella Tabella 8.18 sono riportate le grandezze MS, WH, WE,F, WC,F, EUF, TPES (Par. 8.5.1.1 – ciclo con compressione monofase) calcolate in corrispondenza dei suddetti parametri di processo:

– Il ciclo termodinamico è in grado di eseguire la fornitura all’utenza delle potenze richieste elettrica e frigorifera;

– EUF, TPES aumentano all’aumentare di xGV, in particolare assumono valore massimo rispettivamente pari a 0.33, -0.02 per xGV = 1.

La scelta dei parametri di processo (in particolare xGV) è eseguita (in accordo a quanto descritto nel Par. 8.3) in maniera tale da massimizzare il TPES in quanto il fluido di lavoro è in grado di eseguire (in ciascun caso esaminato) la fornitura all’utenza della potenza elettrica e della potenza frigorifera richieste, ne consegue che si sceglie xGV = 1 (caso n° 6). In questo caso l’indicatore EE risulta pari a 0.73.

Pentano – comp. monofase – mod. C – utenza R

Caso xGV MS WH WE,F WC,F EUF TPES

[-] [kg/s] [kW] [kW] [kW] [-] [-] 1 0 0.33 151 20 15 0.23 -0.47 2 0.2 0.29 137 20 15 0.26 -0.33 3 0.4 0.26 126 20 15 0.28 -0.22 4 0.6 0.24 117 20 15 0.30 -0.14 5 0.8 0.22 111 20 15 0.32 -0.07 6 1 0.21 105 20 15 0.33 -0.02

Tabella 8.18. Pentano, comp. monofase, mod. C, utenza R: MS [kg/s], WH, WC,F, WE,F [kW], EUF, TPES [-].

Nella Tabella 8.19 sono riportate le grandezze (Par. 8.4) associate al dimensionamento di massima del diametro delle tubazioni di ingresso (In) e di uscita (Out) dell’evaporatore adoperato nel ciclo termodinamico in esame, in particolare nel caso prescelto n° 6 si rende necessario l’impiego di n° 1 tubazioni sia in ingresso sia in uscita ed entrambe con diamentro pari a 0.07 m.

Pentano – comp. monofase – mod. C – utenza R

Caso Sez. MS NT xM ρM ρV ρL vV vL Flow vM D

[kg/s] [-] [-] [kg/m3] [kg/m3] [kg/m3] [m/s] [m/s] [m/s] [m] 6 In 0.21 1 0.82 0.97 0.79 645 35 1.5E-02 Anul. 35 0.07

Out 0.21 1 1 0.79 0.79 70 Mon. 70 0.07

Ciclo con compressione bifase

Nella Figura 8.9 è rappresentato il diag. T-S del ciclo termodinamico operante con pentano in presenza di compressione bifase nella modalità di esercizio Cooling a servizio dell’utenza residenziale (R), per il quale si considerano i medesimi parametri di processo associati al ciclo termodinamico operante con pentano in presenza di compressione monofase nella modalità di esercizio Cooling a servizio dell’utenza residenziale (Figura 8.8) a meno delle seguenti differenze:

– Il titolo in uscita dal primo dissipatore termico (punto C5), ove ha luogo la cessione di potenza termica dal fluido di lavoro alla sorgente termica a bassa temperatura (trasf. C4 – C5), è pari a zero (liquido saturo); – Il titolo in ingresso nel compressore bifase (punto E) è determinato in maniera tale che la potenza

frigorifera fornita dal fluido di lavoro all’utenza nell’evaporatore (trasf. D – E) sia uguale alla potenza frigorifera richiesta dall’utenza (pari a 15 kW).

Figura 8.9. Pentano, comp. bifase, mod. C, utenza R: diag. T-S.

Nella Tabella 8.20 sono riportate le grandezze MS, WH, WE,F, WC,F, EUF, TPES (Par. 8.5.1.1 – ciclo con compressione monofase) calcolate in corrispondenza dei suddetti parametri di processo:

– Il ciclo termodinamico è in grado di eseguire la fornitura all’utenza delle potenze richieste elettrica e frigorifera;

– EUF, TPES aumentano all’aumentare di xGV, in particolare assumono valore massimo rispettivamente pari a 0.36, 0.07 per xGV = 1.

La scelta dei parametri di processo (in particolare xGV) è eseguita (in accordo a quanto descritto nel Par. 8.3) in maniera tale da massimizzare il TPES in quanto il fluido di lavoro è in grado di eseguire (in ciascun caso esaminato) la fornitura all’utenza della potenza elettrica e della potenza frigorifera richieste, ne consegue che si sceglie xGV = 1 (caso n° 6). In quest’ultimo caso l’indicatore EE risulta pari a 0.80.

Pentano – comp. bifase – mod. C – utenza R

Caso xGV MS WH WE,F WC,F EUF TPES

[-] [kg/s] [kW] [kW] [kW] [-] [-] 1 0 0.28 128 20 15 0.27 -0.25 2 0.2 0.25 118 20 15 0.29 -0.16 3 0.4 0.23 110 20 15 0.31 -0.08 4 0.6 0.21 104 20 15 0.33 -0.02 5 0.8 0.20 99 20 15 0.35 0.03 6 1 0.19 95 20 15 0.36 0.07

Tabella 8.20. Pentano, comp. bifase, mod. C, utenza R: MS [kg/s], WH, WC,F, WE,F [kW], EUF, TPES [-].

Nella Tabella 8.21 sono riportate le grandezze (Par. 8.4) associate al dimensionamento di massima del diametro delle tubazioni di ingresso (In) e di uscita (Out) dell’evaporatore adoperato nel ciclo termodinamico

Nel documento Analisi delle prestazioni di cicli termodinamici di co-trigenerazione operanti con espansori e compressori a fluido bifase (pagine 162-171)