Thermodynamic analysis of an Organic Rankine Cycle with a wet-to-dry expansion

Lo studio condotto in questa tesi è il risultato dell'esperienza di tirocinio presso la LUT University di Lappeenranta, in Finlandia. Questo elaborato sviluppa un'analisi termodinamica del Ciclo Rankine Organico (ORC) presente alla LUT, considerando una nuova particolare espansione bifase, chiamata in letteratura espansione “wet-to-dry”. In questa configurazione, l'espansione inizia nella zona bifase per poi concludersi nella regione di vapore secco. Lo studio mira in particolare a verificare l'aumento della potenza meccanica prodotta in turbina rispetto all'espansione con vapore surriscaldato. Il Capitolo 1 fornisce una discussione generale sui cicli ORC, presentando, ad esempio, i classici layout degli impianti e le caratteristiche chimiche dei fluidi organici. Il Capitolo 2 confronta i cicli termodinamici bifase tratti dalla letteratura scientifica, inclusi gli ORC con espansione “wet-to-dry”, il Trilateral Flash Cycle (TFC) e il Partially Evaporated Organic Rankine Cycle (PEORC). Il Capitolo 3, intitolato "Methods", descrive gli strumenti, il sistema, il fluido e le formule utilizzate per l'analisi. Include anche la validazione del modello proposto, riportando i risultati di un articolo scientifico di Martin White sull'espansione “wet-to-dry”. I Capitoli 4, 5 e 6 presentano i risultati delle simulazioni in cui il ciclo è stato testato variando il punto di ingresso nella turbina, spostandolo all'interno della curva di saturazione. Sono state considerate varie condizioni, inclusi diversi valori di pressione di evaporazione, mentre alcuni parametri sono stati imposti costanti. Al Capitolo 5 viene presentata anche un'analisi separata tra statore e rotore. Inoltre, il Capitolo 6 include un'analisi comparativa di quattro diversi fluidi organici. Nel breve Capitolo 7 conclusivo, viene discusso, utilizzando la letteratura scientifica, anche l'argomento relativo alla scelta dell'evaporatore adatto per ottenere in uscita fluido bifase.