Ciclo rankine con regeneracion

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  • Publicado: 5 de septiembre de 2012
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La eficiencia del ciclo Rankine es menor que un ciclo de Carnot, porque se añade calor distinto al de la temperatura más alta. Este defecto se puede compensar usando un ciclo regenerativo. A continuación se presentan dos métodos, aunque el primero es muy impractico. En la figura A el liquido se bombea hacia unos serpentines en la turbina para lograr una transmisión de calor. Así, podemos decirque el fluido sufre un incremento de temperatura reversible de a hasta b, mientras que se expande y enfría reversiblemente desde d hasta e. La eficiencia térmica de este ciclo regenerativo es igual a la del ciclo de Carnot. La prueba es que en el ciclo existen tres condiciones:
El calor es añadido al ciclo a una temperatura constante TA
El calor es rechazado del ciclo a otra temperatura constanteTB.
Todos los procesos son, o los consideramos, reversibles.
Ahora, comparando con las condiciones del ciclo de Carnot, vemos que son iguales.
Aunque una turbina como la descrita anteriormente se pudiera construir, seria dañino para ella ya que aumentaría considerablemente la humedad por la disminución de temperatura.
Podemos sugerir un método alternativo, el cual consiste en extraer unapequeña porción del vapor en la turbina, antes de que se expanda completamente. Esta extracción se mezcla con él liquido proveniente de una primer bomba en un calentador "abierto" o "por contacto". De esta forma podemos incrementar la temperatura del fluido sin decrementar la calidad del vapor en la turbina. Si tuviéramos una cantidad infinita de puntos de extracción a diferentes temperaturas en elproceso de expansión, la diferencia de temperaturas entre el vapor extraído y él liquido proveniente de la bomba seria mínima, lo mismo pasaría con la irreversibilidad que se produce al mezclar ambos fluidos.
Para este sistema hipotético, el calor se transfiere solamente en los puntos donde la temperatura es máxima y mínima. Si tenemos un numero finito de puntos de extracción la irreversibilidad delas mezclas hace que exista una perdida de energía. Aunque estas perdidas se den, la eficiencia térmica de un ciclo regenerativo irreversible puede ser mayor que un ciclo Rankine reversible común. Esto es posible gracias a que en un ciclo regenerativo el calor se añade a una temperatura promedio mas alta, y por eso un mayor porcentaje de este calor puede ser convertido en trabajo.
Dado que lamayor perdida de energía de una planta de potencia se presenta en el condensador, en donde se desecha calor al medio enfriador, es pertinente considerar métodos de reducir este calor desechado y de mejorar la eficiencia del ciclo.
El método mas deseable de calentamiento del condensador seria uno que fuera reversible y continuo. Suponiendo que esto fuera posible el diagrama T-S estaría representadopor la figura siguiente:

En este diagrama se considera que el vapor esta saturado al inicio de la expansión. La curva 4-5 es paralela a la 3-6 puesto que se postulo que el calentamiento es reversible. Se observara que el incremento de Entropía durante el calentamiento es igual a la disminución durante la expansión y enfriamiento del vapor, y que el área 4,5,6,3 es igual al área 1,2,3,6,7.
En lapractica, este ciclo ideal se obtiene de forma aproximada permitiendo que el condensado de la bomba de alimentación se caliente en un calentador o en calentadores separados por el vapor que se extrae de la turbina despues que este se ha expandido en forma parcial y ha realizado un trabajo. El vapor extraído de la turbina puede mezclarse directamente con el condensado (como en un calentadorabierto) o bien intercambiar calor en forma directa y condensar (como en un calentador cerrado)

En la figura se muestra un esquema de un ciclo practico:

Se tienen dos tipos de calentadores:
Abierto.- Donde se mezcla el vapor de extracción y el condensado logrando un liquido saturado.
Cerrado.- Es el mas común donde se transmite la energía del vapor extraído por convección al liquido saturado....
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