Ciclo Hirn
Ciao a tutti,
Domanda teorica sul ciclo hirn in un impianto a vapore.
Riporto qua sotto due immagini che mostrano una rappresentazione grafica del ciclo
e il grafico Temperatura-Entropia associato
La mia domanda riguarda ciò che succede dal punto 3 al punto 4.
Giusto per fare un rewind:
Da 0 a 1' ho la compressione del liquido grazie ad una pompa.
Da 1' a 1 ho pre-riscaldamento del liquido grazie ad economizzatore.
Da 1 a 2 ho vaporizzazione del liquido grazie ad evaporatore (ovvero generatore di vapore, ovvero caldaia).
Da 2 a 3 ho surriscaldamento del vapore grazie a surriscaldatore.
Da 3 a 4 ho espansione del vapore in turbina.
Quello che non capisco è:
Come mai l'espansione in turbina di un fluido surriscaldato riesce ad essere così efficiente?
In che modo il fluido acquisisce una velocità, un'energia tale da mettere in rotazione la pale della turbina?
Domanda teorica sul ciclo hirn in un impianto a vapore.
Riporto qua sotto due immagini che mostrano una rappresentazione grafica del ciclo
e il grafico Temperatura-Entropia associato
La mia domanda riguarda ciò che succede dal punto 3 al punto 4.
Giusto per fare un rewind:
Da 0 a 1' ho la compressione del liquido grazie ad una pompa.
Da 1' a 1 ho pre-riscaldamento del liquido grazie ad economizzatore.
Da 1 a 2 ho vaporizzazione del liquido grazie ad evaporatore (ovvero generatore di vapore, ovvero caldaia).
Da 2 a 3 ho surriscaldamento del vapore grazie a surriscaldatore.
Da 3 a 4 ho espansione del vapore in turbina.
Quello che non capisco è:
Come mai l'espansione in turbina di un fluido surriscaldato riesce ad essere così efficiente?
In che modo il fluido acquisisce una velocità, un'energia tale da mettere in rotazione la pale della turbina?
Risposte
Non sono sicuro quale sia esattamente il dubbio, provo a dirti due cose spero ti tornino utili.
Innanzitutto in quel diagramma che hai messo la turbina è supposta ideale, l'espansione infatti non è isoentropica nella realtà.
Il fluido fa lavoro espandendosi a spese della propria entalpia come deriva dal primo principio della termodinamica per sistemi aperti, e in effetti puoi vedere che, a parità di salto di pressione, che è fisso data la pressione nella caldaia e nel condensatore, tanto più l'espansione è non ideale (quindi tanto più l'entropia finale è maggiore di quella iniziale), tanto più basso è il lavoro estratto (il salto di entalpia fatto dal fluido).
Il fluido acquisisce velocità per via della differenza di pressione, però tieni sempre presente che il lavoro estraibile non dipende tanto dalla differenza di pressione ma dal salto entalpico disponibile tra monte e valle della turbina.
Innanzitutto in quel diagramma che hai messo la turbina è supposta ideale, l'espansione infatti non è isoentropica nella realtà.
Il fluido fa lavoro espandendosi a spese della propria entalpia come deriva dal primo principio della termodinamica per sistemi aperti, e in effetti puoi vedere che, a parità di salto di pressione, che è fisso data la pressione nella caldaia e nel condensatore, tanto più l'espansione è non ideale (quindi tanto più l'entropia finale è maggiore di quella iniziale), tanto più basso è il lavoro estratto (il salto di entalpia fatto dal fluido).
Il fluido acquisisce velocità per via della differenza di pressione, però tieni sempre presente che il lavoro estraibile non dipende tanto dalla differenza di pressione ma dal salto entalpico disponibile tra monte e valle della turbina.
"Faussone":
..
Il fluido acquisisce velocità per via della differenza di pressione, però tieni sempre presente che il lavoro estraibile non dipende tanto dalla differenza di pressione ma dal salto entalpico disponibile tra monte e valle della turbina.
Dal primo principio della termodinamica so che
$DeltaE = Q+L$ (ad ingegneria utilizziamo questa convenzione per il lavoro)
dato che l'unica variazione di energia che ho è quella entalpica, e dato che ho una trasformazione adiabatica:
$DeltaH = L$
Fino a qui ci sono, e mi sono chiari nell'atto pratico tutti i passaggi elencati prima.
Quello che non capisco è:
Come fa questo processo a rivelarsi utile, redditizio?
So che lo è, anche perché è utilizzato in centrali termoelettriche in tutto il mondo, ma non capisco come faccia ad essere tale.
Prendo un fluido, lo comprimo, lo surriscaldo, faccio avvenire transizione di fase, e lo faccio espandere in turbina.
Francamente non riesco a capire come, all'atto pratico, tutto questo possa rivelarsi utile.
Ho surriscaldato il liquido fino al punto 3 (fornendo calore aumenta l'entalpia), e dopodiché faccio espandere tale vapore in turbina facendo diminuire l'entalpia creando lavoro.
Detta come l'ho appena detta sembra un po' il gioco delle tre carte, trasformo energia in forme diverse.
Mi manca qualcosa.
Mi sembra che mi mancano dei concetti fondamentali che mi facciano capire il perché di tutto ciò.
Se hai capito il primo e secondo principio della termodinamica, allora non capisco cosa non capisci e che visione più intuitiva e pratica tu stia cercando.
In sostanza quel ciclo ti permette di trasformare in lavoro parte del calore netto trasferito al fluido, un'altra parte di quel calore viene ceduto all'ambiente tramite il condensatore, in rispetto del secondo principio.
Nota che è fondamentale il fatto che si assorbe calore a alta temperatura e poi lo si cede a bassa temperatura, quello in pratica è quello che permette di estrarre del lavoro netto.
Non so come poterla dire in altro modo, puoi forse esplicitare un altro po' il dubbio?
In sostanza quel ciclo ti permette di trasformare in lavoro parte del calore netto trasferito al fluido, un'altra parte di quel calore viene ceduto all'ambiente tramite il condensatore, in rispetto del secondo principio.
Nota che è fondamentale il fatto che si assorbe calore a alta temperatura e poi lo si cede a bassa temperatura, quello in pratica è quello che permette di estrarre del lavoro netto.
Non so come poterla dire in altro modo, puoi forse esplicitare un altro po' il dubbio?
"Faussone":
Se hai capito il primo e secondo principio della termodinamica, allora non capisco cosa non capisci e che visione più intuitiva e pratica tu stia cercando.
In sostanza quel ciclo ti permette di trasformare in lavoro parte del calore netto trasferito al fluido, un'altra parte di quel calore viene ceduto all'ambiente tramite il condensatore, in rispetto del secondo principio.
Nota che è fondamentale il fatto che si assorbe calore a alta temperatura e poi lo si cede a bassa temperatura, quello in pratica è quello che permette di estrarre del lavoro netto.
Non so come poterla dire in altro modo, puoi forse esplicitare un altro po' il dubbio?
Si trasforma energia termica in energia meccanica, tutto qua?
"anonymous_f3d38a":
Detta come l'ho appena detta sembra un po' il gioco delle tre carte, trasformo energia in forme diverse.
Mi manca qualcosa.
Infatti e' cosi, eccetto che in questo gioco delle tre carte tu nei fai sparire una: il lavoro.
Ti prendi 100 di calore dalla caldaia, ne restituisci 20 all'ambiente e gli altri 80 li nascondi facendoli uscire travestiti da lavoro nella turbina....
Grazie Faussone e professorkappa!
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