Uso di compressori volumetrici come espansori in cicli Rankine a fluido organico di piccola taglia

The thesis begins with an introduction outlining the background and objectives of the study. It focuses on the use of small-scale Organic Rankine Cycles (ORC) for recovering heat from low-temperature sources. The following chapter describes the operating principles and main components of ORC systems, highlighting their advantages compared to conventional Rankine cycles. The core section presents an analysis of different types of expanders, comparing the efficiency, cost, and reliability of traditional turbines with volumetric compressors used as expanders. Subsequently, the various kinds of volumetric compressors — scroll, screw, piston, and Roots — are examined, evaluating their performance at different temperature levels and their potential for small-scale applications. Finally, the thesis presents the results and conclusions, emphasizing the technical and economic benefits of using volumetric compressors as expanders and suggesting possible future developments for the optimization of ORC systems.

La tesi inizia con una parte introduttiva che spiega il contesto e gli obiettivi dello studio, concentrandosi sull’impiego di cicli Rankine a fluido organico (ORC) di piccola taglia per il recupero di calore da sorgenti a bassa temperatura. Segue un capitolo dedicato alla descrizione del funzionamento e dei componenti principali dei cicli ORC, con particolare attenzione ai vantaggi offerti rispetto ai cicli Rankine tradizionali. Nella parte centrale vengono analizzate le diverse tipologie di espansori utilizzabili, confrontando le turbine con i compressori volumetrici impiegati come espansori in termini di efficienza, costi e affidabilità. Successivamente, vengono approfonditi i principali tipi di compressori volumetrici — scroll, a vite e a palette — valutandone le prestazioni a differenti livelli di temperatura e le potenzialità nelle applicazioni di piccola scala. Infine, l’elaborato presenta l’analisi dei risultati ottenuti e le conclusioni, evidenziando i vantaggi tecnici ed economici dell’uso dei compressori volumetrici come espansori e proponendo possibili sviluppi futuri per l’ottimizzazione dei cicli ORC.