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CICLOS DE VAPOR ABIERTO Y RANKINE 

Introducción:
En este punto presentaremos los diversos ciclos de vapor que se utilizan habitualmente. El enfoque a usar privilegiará el comprender el ciclo utilizando diagrama de bloques, diagramas presión-volumen y diagramas T-S.
* El diagrama de bloques muestra el proceso a seguir utilizando bloques que representan los elementos físicos del proceso.* El diagrama presión-volumen nos muestra los principales cambios (presión-volumen) que ocurren a lo largo de todo el proceso.
* Los diagramas T-S relacionan las variaciones temperatura, entropía. Estos últimos son muy útiles para comprender los intercambios de calor, procesos con irreversibilidades y también comparar con los diagramas de Carnot correspondientes.
Los diversos ciclos queestudiaremos de modo genérico serrán:
* Ciclo abierto: el típico ciclo sin condensación, propio de la máquina de vapor.
* Ciclo de Rankine: primer ciclo cerrado, incluye condensador, pero no incluye sobrecalentamiento de vapor.
* Ciclo de Hirn: (o Rankine con sobrecalentamiento). Se introduce la sobrecalefacción de vapor. Veremos por qué es conveniente de usar y en que casos.Posteriormente pasaremos a un acápite sobre ciclos combinados y la cogeneración. 
El Vapor como Fluido Termodinámico:
El uso de vapor como fluido termodinámico se justifica por gran variedad de propiedades, en particular:
* Es abundante y barato de producir.
* Transporta gran cantidad de energía por unidad de masa debido al cambio de fase. En efecto, el calor latente de cambio de fase es del ordende 2.500 [kJ/kg].

Ciclos de Vapor:
Los ciclos de vapor los podemos dividir entre ciclos de vapor abiertos y ciclos de vapor cerrados. En los próximos párrafos daremos un breve vistazo a cada uno de ellos. 

Ciclo Abierto:
Este fue el primer ciclo de vapor a utilizarse en forma amplia. Corresponde a las típicas máquinas de vapor de ciclo abierto (locomotoras, locomóviles y muchas máquinasestacionarias en los inicios de la revolución industrial). Pasemos a analizarlo en diagramas y en bloques.  

Esquema bloques de ciclo de vapor abierto
El ciclo opera de la siguiente forma: un depósito contiene agua para la caldera(1). La bomba toma el agua del depósito y la inyecta a la caldera (2) (aumentando su presión desde la presión atmosférica hasta la presión de la caldera).
En lacaldera (donde se le entrega el calor Q), el agua ebulle, formando vapor. El vapor se extrae de la caldera en la parte superior (3). Por gravedad, solo tiende a salir vapor saturado, por lo tanto sale de la caldera con título muy cercano a x=1.. Luego el vapor (a presión) es conducido al motor donde de expande, produciendo el trabajo W.
El motor descarga el vapor utilizado al ambiente que está a 1 atm.Por lo tanto el vapor condensa a 100ºC.
 
Diagrama p-V de ciclo de vapor abierto
En diagrama p-V, el ciclo se describe como sigue (los puntos termodinámicos están indicados con pequeñas cruces, cerca del número correspondiente): En (1) el agua del depósito es líquido subsaturado. La bomba aumenta su presión hasta es estado (2). Como lo que se comprime es solo líquido, el volumen de (2) esligeramente inferior al de (1). Luego esta agua a presión se inyecta en la caldera. Allí alcanza primero el estado de saturación (intersección de línea 2-3 con campana de cambio de fase) y luego comienza la ebullición dentro de la caldera. Este proceso es a temperatura y presión constante. El vapor sale de la caldera en el estado (3), como vapor saturado (en teoría, realmente siempre tiene un títuloligeramente inferior a x=1). Luego se expande en la máquina (motor) generando trabajo y es expulsado a la atmósfera.
Por lo tanto la máquina opera entre la presión pcald y patm, las que tienen asociadas la temperatura de ebullición del vapor en la caldera y la temperatura de condensación del agua en la atmósfera (100ºC)
 
Diagrama T-S de ciclo de vapor abierto
En diagrama T-S el ciclo abierto...