Sviluppo di un modello per le prestazioni di un espansore volumetrico a pistoni in regime bifase

L’elaborato presenta l’attività di modellazione numerica di un espansore volumetrico, che normalmente opera nel campo del vapor surriscaldato, per simularne il comportamento anche in condizioni operative ancora inesplorate, quali un processo di espansione in regime bifase. La macchina oggetto di studio è l’espansore volumetrico a pistoni installato nel banco prova ORC (Organic Rankine Cycle), presente nel laboratorio di micro-generazione al dipartimento DIN della sede di ingegneria in Via Terracini a Bologna. A monte dell’attività è stato svolto un lavoro di ricerca bibliografica, con l’intento di illustrare i vantaggi delle tecnologie di recupero del calore a basso grado di entalpia e, per tale ragione, ci si sofferma in particolar modo sui sistemi TLC (Trilateral Cycle), poiché più performanti degli ORC in termini di “matching” termico tra la sorgente di calore e il fluido di lavoro. La potenzialità di questa tecnologia sta nel fatto che il processo di espansione, avviene in regime bifase piuttosto che nel vapor surriscaldato. Questo lavoro di tesi si propone di caratterizzare questo tipo di impianti e di confrontare le prestazioni dell’espansore a seconda che operi in campo bifase o di vapor surriscaldato. La seconda parte dell’elaborato tratta la modellazione numerica dell’espansore volumetrico a pistoni ed oltre che un modello proposto in letteratura, ne è stato considerato un altro, precedentemente sviluppato presso il DIN per applicazioni di tipo LNG, ed entrambi sono stati opportunamente modificati per essere adattati al caso studio. I modelli vengono applicati sui dati sperimentali a disposizione e validati, confrontando questi ultimi con i dati ottenuti numericamente. L’intento della modellazione è quello di prevedere il comportamento dell’espansore sia in regime bifase, sia in regimedi vapor surriscaldato. Infine i modelli vengono confrontati in base all’accuratezza di calcolo e al livello di dettaglio nel descrivere gli output.