Ciclo rankine y calderas

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CICLO RANKINE Y CALDERAS

CURSO: TERMODINAMICA
PROFESOR: ING. JOSE SANCHEZ VAldivia
ALUMNOS: rUIZ qUINTANA MARGARET
pANDO PAREDES MIGUEL ANGEL
CICLO: V

Ciclo de Rankine

El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico en el que se relaciona el consumo de calor con la producción de trabajo. Como otros ciclostermodinámicos, la máxima eficiencia termodinámica es dada por el cálculo de máxima eficiencia del Ciclo de Carnot. Debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine.

El proceso del Ciclo
El ciclo Rankine es un ciclo de potencia que opera con vapor. Este es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde produce energíacinética, donde perderá presión. Su camino continúa al seguir hacia un condensador, donde el vapor remanente cambia al estado líquido. Posteriormente, es succionado por una bomba que aumentará la presión del fluido para poder ingresarlo nuevamente a la caldera. Existen algunas mejoras al ciclo, como por ejemplo agregar sobre calentadores a la salida de la caldera que permitan obtener vaporsobrecalentado para que entre a la turbina y aumentar así el rendimiento del ciclo.

Diagrama T-s del ciclo

El diagrama T-S de un ciclo de Rankine, mostrando el proceso no-ideal.
El diagrama T-S de un ciclo de Rankine, mostrando el proceso no-ideal. Existen cuatro procesos distintos en el desarrollo del ciclo, los cuales van cambiando el estado del fluido. Estos estados quedan definidos por los númerosdel 1 al 4 en el diagrama T-s. Los procesos que tenemos son los siguientes (suponiendo ciclo ideal con procesos internamente reversibles):

* Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador.

* Proceso 2-3: Transmisión de calor desde el fluido de trabajo al refrigerante a presión constante en elcondensador hasta el estado de líquido saturado.

* Proceso 3-4: Compresión isoentrópica en la bomba. En él se aumenta la presión del fluido mediante un compresor o bomba, al que se le aporta un determinado trabajo.

* Proceso 4-1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera. En la realidad, los procesos no son internamente reversibles, pues tenemosdistintas irreversibilidades y pérdidas, lo que se refleja en que los procesos no son isoentropicos, aunque suponemos el 2 y el 4 isoentropicos para poder conocer el rendimiento de la turbina y el compresor respectivamente.

Variables

| Potencia térmica de entrada (energía por unidad de tiempo) |
| Flujo de masa (masa por unidad de tiempo) |
| potencia mecánica suministrada o absorbida(energía por unidad de tiempo) |
| eficiencia termodinámica del proceso (potencia absorbida por la turbina de entrada de calor, a dimensional) |
, , , | Estas son las "Entalpías específicas" a los puntos indicados en el diagrama T-S |

Ecuaciones
Cada una de las cuatro primeras ecuaciones se obtiene del balance de energía y del balance de masa para un volumen de control. La quinta ecuacióndescribe la eficiencia termodinámica o rendimiento térmico del ciclo y se define como la relación entre la potencia de salida con respecto a la potencia térmica de entrada.

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Se puede hacer un balance energético en el condensador y la caldera, lo que nos permite conocer los flujos másicos de refrigerante y gasto de combustible respectivamente, así como el balanceentrópico para poder sacar la irreversibilidad del ciclo y energía destruida.
Mejoras del Ciclo Rankine
La idea para mejorar un ciclo rankine es aumentar el salto entálpico entre 1 y 2, es decir, el trabajo entregado a la turbina. Las mejoras que se realizan de forma habitual en centrales térmicas (tanto de carbón, como ciclos combinados o nucleares) son:
1. Reducción de la presión del...
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