ciclo de vapor carnot



9.1. EL CICLO DE VAPOR DE CARNOT
Considere un ciclo de control de flujo estable ejecutado dentro de la curva de saturación de una sustancia pura, como se muestre en la figura 10-1ª. El fluido se caliente de manera reversible e isotérmicamente en un turbina (proceso 2-3); se condensa reversible e isotérmicamente en una condensador (proceso 3-4), y se condensa de manera isentrópica medianteun compresor hasta su estado inicial (proceso 4-1)

Sin embargo, este ciclo presente otros problemas, como la compresión isentrópica a presiones extremadamente altas y la transferencia isotérmica de calor a presiones variables. Por lo tanto concluimos que el ciclo de Carnot no puede lograrse en los dispositivos reales y no es un modelo realista para los ciclos de potencia de vapor.
9.2. CICLORANKING: EL CICLO IDEAL PARA LOS CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
Es posible eliminar muchos de los aspectos impráctico asociados con el ciclo de Carnot si el vapor es sobrecalentado en la caldera y condensado por completo en el condensador. Lo que resulta es el ciclo Rankine, el cual es el ciclo ideal para las centrales eléctricas de vapor. El ciclo Rankine ideal no incluye ninguna irreversibilidadinterna y está compuesta de los siguientes cuatro procesos.
1-2 Comprensión isentrópica en una bomba
2-3 Edición de calor a presión constante en una caldera
3-4 Expansión isentrópica en una turbina
4-1 Rechazo de calor a presión constante en un condensador




Figura 9.2 : Ciclo Rankine ideal simple
El agua entra a la bomba en el estado 1 como líquido saturado y secondensa isentrópicamente hasta la presión de operación de la caldera.
El agua entra a la caldera como líquido comprimido en el estado 2 y sale como vapor sobrecalentado en el estado 3.
El vapor sobrecalentado en el estado 3 entra a la turbina donde se expande isentrópicamente y produce trabajo al hacer girar el eje conectado a un generador eléctrico. La presión y la temperatura del vapor disminuyendurante este proceso hasta los valores en el estado 4, donde el vapor entra al condensador.
El vapor se condensa a presión constante en el condensador, el cual es básicamente un gran intercambiador de calor que rechaza a éste hacia un medio de enfriamiento como un lago, un río o la atmósfera. El vapor sale del condensador como líquido saturado y entra a la bomba, completando el ciclo.
Observe queel área bajo la cura del proceso 2-3 represente el calor transferido hacia el agua en la caldera y que el área bajo la curva del proceso 4-1 represente el calor rechazado en el condensador.
ANÁLISIS DE ENERGÍA DEL CICLO RANKINE IDEAL
Los cuatro componentes asociados con el ciclo Rankine (la bomba, la caldera, la turbina y el condensador) son dispositivos de flujo estable, por lo tanto loscuatro procesos que conforman el ciclo Rankine pueden ser analizados como proceso de flujo estable.
La relación de conservación de la energía para cada dispositivo puede expresarse como:

Bomba (q = 0): wbomba, entrada = h2 – h1
ó
wbomba, entrada = v(P2 –P1)
donde
Caldera (w = 0) qentrada = h3 – h2
Turbina (q = 0) wturbina,salida = h3 – h4
Condensador (w = 0) qsalida = h4 – h1La eficiencia térmica del ciclo Rankine se determina a partir de

donde
wneto = qentrada – qsalida = wturbina,salida – wbomba,entrada

9.3. DESVIACIÓN DE LOS CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR REALES RESPECTO DE LOS IDEALIZADOS
El ciclo real de potencia de vapor difiere del ciclo Rankine ideal, como se ilustra en la figura 10-4ª, como resultado de las irreversibilidades en diversos componentes.La fricción del fluido y las pérdidas de calor hacia los alrededores son las dos fuentes más comunes de irreversibilidad.
a) Desviación del ciclo real de potencia de vapor respecto del ciclo Rankine ideal. b) Efecto de las irreversibilidades de la bomba y la turbina en el ciclo Rankine ideal.
Las irreversibilidades que suceden dentro de la bomba y la turbina son especialmente importantes. Una...