Il ciclo Rankine per una turbina a vapore

Sebbene il progresso tecnologico sia molto veloce, è spesso possibile vedere situazioni in cui gli impianti moderni utilizzano principi scoperti nei secoli passati. Ad esempio, il ciclo Rankine, inventato nel diciannovesimo secolo, è usato oggi nel funzionamento delle turbine a vapore .

Il grande inventore

Il ciclo di Rankin è stato scoperto da un fisico e ingegnere scozzese che ha vissuto e lavorato nel secolo prima dell'ultimo. L'invenzione è stata nominata da questo grande scienziato, che era anche uno dei fondatori della termodinamica tecnica.

Rankin William John è nato nel 1820 nella città di Edimburgo, dove ha studiato per tre anni presso l'istituto. Tuttavia, lo scienziato non ha completato questa istituzione a causa di una situazione finanziaria difficile. Ma questo non ha impedito al fisico dotato di compiere una serie di utili scoperte. Così, nel 1849 egli ricevette equazioni in termodinamica, descrivendo il rapporto tra energia meccanica e calore. Ha anche costruito la teoria di un motore a vapore e ha sviluppato i principi fondamentali che sottolineano il lavoro di questa unità. Queste disposizioni costituiscono il processo che è stato dato il nome in onore dello scienziato – il ciclo Rankine.

In evidenza

Questo ciclo è un'espressione teorica del lavoro dei processi termodinamici che si verificano durante il funzionamento delle centrali a vapore in modalità di ripetizione. È possibile individuare le operazioni di base che entrano in questo ciclo:

• Il liquido evapora ad alta pressione;
• Le molecole d'acqua nello stato gassoso si espandono;
• Il vapore umido si condensa sulle pareti del vaso;
• La pressione del fluido aumenta (ritorna al valore originale).

Si può notare che l'efficienza termica di questo ciclo è in proporzione diretta alla temperatura iniziale. Inoltre, l'efficienza di questo processo è determinata dai valori di pressione e dall'indice di stato di calore nella posizione di partenza e all'uscita.

Turbina a vapore

Questa unità è un motore a caldo, in conseguenza del quale viene generata elettricità. I nodi principali di questa installazione possono essere presentati nell'elenco seguente:

• Parte mobile, costituita da un rotore e da una lama fissa;
• Elemento stazionario avente parti costituenti come uno statore e ugelli.

L'opera dell'impianto può essere caratterizzata in questo modo. L'acqua nello stato gassoso ad alta temperatura e pressione viene alimentata negli ugelli della turbina. Qui, ad una velocità supersonica, l'energia potenziale del vapore si trasforma in energia cinetica, mentre le particelle del vapore vengono guidate. Questo, a sua volta, crea un flusso gassoso che agisce sulle lame della turbina. La rotazione di questi elementi provoca il movimento del rotore, con conseguente formazione di elettricità. Inoltre, avviene la condensazione del vapore e si deposita in un ricevitore speciale di acqua refrigerata, da dove il liquido viene nuovamente forzato nello scambiatore di calore. Pertanto, esiste una ripetizione delle operazioni, ossia il ciclo Rankine.

Questo principio è utilizzato negli impianti di centrali nucleari ed è utilizzato anche nell'operazione di impianti di turbina autonomi per la produzione di energia elettrica. Questo schema è di gran lunga il più efficiente ed economico. Le installazioni che lavorano sui principi di Rankin sono distribuite in tutto il mondo.