buenas

Facultad
 de
 Ingeniería
 
Escuela
 de
 Industrias
 
Fundamentos
 de
 Procesos
 Industriales
 
IND
 1201
 

Clase
 19
 
Ciclos
 de
 Potencia
 con
 Gases:
 
Ciclo
 Rankine
 
Sección
 2
 
Gonzalo
 Núñez
 

 
19
 de
 junio
 de
 2013
 

Ciclos de potencia
n 

n 
n 
n 

Uso de vaporpara la producción de
W
Proceso cíclico, circuito cerrado
Fluido de trabajo: normalmente agua
Cambios ideales:
q  1-2 Bomba, agua líquida a
caldera
q  2-3 Caldera, entrega de calor a P
constante
q  3-4 Turbina, expansión
adiabática reversible
q  4-5 Condensador, remoción de
calor a P constante.

22 Ciclos de Potencia de Vapor

Unión Fenosa, España
3600 MW

2

Ciclos depotencia

n 

n 
n 

n 

Eficiencia máxima, η Carnot
η = W/ Qentra = (T1 – T2 ) / T1
η aumenta si se trabaja a la
máxima T posible (T1) y se
condensa el fluído a la mínima
temperatura posible (T2)
Límites reales: T1: 700 ºC, T2:
10 – 15 °C.

22 Ciclos de Potencia de Vapor

3

Ciclo Rankine Ideal

n 

n 

Se aproxima a Ciclo de
Carnot
No se usa ciclo Carnotporque...
q 

q 

Bombeo de mezcla aguavapor no es eficiente
Es necesario sobrecalentar el
vapor para aumentar el
trabajo obtenido en la turbina
William Rankine (1820-1872)

22 Ciclos de Potencia de Vapor

4

Ciclo Rankine Ideal

22 Ciclos de Potencia de Vapor

5

Ciclo Rankine

Caldera

2
Turbina

n  Agua entra a la bomba en el estado

wout

qin
3

1
win

4como líquido saturado, donde se
comprime isentrópicamente hasta
la presión de operación de la
caldera.
n  La temperatura del agua aumenta

4

qout
Bomba Condensador

T

levemente durante este proceso a
causa de una ligera disminución de
su volumen específico.
n  El agua entra a la caldera como un

líquido comprimido en el estado 1, y
la abandona en el estado 2 como
vaporsobrecalentado.

2
1
∆T

4

n  El vapor sobrecalentado entra en la

3

turbina, donde se expande en
forma isentrópica y produce trabajo.

s

22 Ciclos de Potencia de Vapor

6

6

Ciclo Rankine

Caldera

2
Turbina

n  El trabajo se produce por la rotación

wout

qin

win

n  La presión y la temperatura caen

3

1
4

qout
Bomba Condensador

T

duranteeste proceso hasta alcanzar
el estado 3, donde el vapor entra en
el condensador.
n  E n

el estado 3, el vapor
normalmente se encuentra húmedo,
con una alta calidad.

n  En el condensador (básicamente un

2

intercambiador de calor), el vapor
se condensa a presión constante,
liberando calor hacia un medio de
enfriamiento – el que puede ser un
lago, un río, el mar o la atmósfera.1
4

de un eje conectado a un generador
eléctrico.

3

s

22 Ciclos de Potencia de Vapor

7

7

Ciclo Rankine

n 

n 

n 

n 

n 

Finalmente, el vapor abandona el condensador como líquido saturado y
vuelve a entrar en la bomba para completar el ciclo.
Claramente nada se ganaría con tomar el vapor húmedo de la salida
de la turbina y comprimirlo hasta lapresión a la entrada de la turbina.
Recordando que el área bajo la curva del proceso en un diagrama T-s
representa la transferencia de calor de un proceso internamente
reversible, vemos que el área bajo la curva del proceso 1-2 representa
el calor transferido al agua en la caldera (QH) y el área bajo la curva del
proceso 3-4 representa el calor liberado en el condensador (QC).
Los cuatroequipos asociados al ciclo Rankine (bomba, turbina, caldera
y condensador) son equipos para flujo en estado estacionario y, por lo
tanto, los cuatro procesos que componen el ciclo Rankine pueden ser
analizados como procesos en estado estacionario.
Los términos relativos a la transferencia de energía cinética y potencial,
son generalmente muy pequeños comparados con el trabajo y el calor
y, por...