Ciclo rankine

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CICLO RANKINE

OBJETIVO

Analizar el Ciclo Rankine, así como establecer el rendimiento térmico real de la maquina Rankine.

Exponer un ejemplo de aplicación

INTRODUCCION

Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicaspropias del sistema sea nula.

El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico en el que se relaciona el consumo de calor con la producción de trabajo. Como otros ciclos termodinámicos, la máxima eficiencia termodinámica es dada por el cálculo de máxima eficiencia del Ciclo de Carnot.

Debe su nombre a su desarrollador, el físico y filósofo escocés William John Macquorn Rankine

William JohnMacquorn Rankine

Se dedicó al estudio de las leyes de la termodinámica desarrolló analíticamente el complejo de las transformaciones del vapor en las máquinas térmicas, y estableció el ciclo termodinámico característico (Ciclo de Rankine)

En 1855, propuso asumir los principios de la termodinámica para comprender los fenómenos físicos.



El Ciclo Rankine

El Ciclo Rankine es elciclo ideal para las centrales eléctricas de vapor. Eliminando aspectos imprácticos del ciclo de Carnot, donde el vapor es sobrecalentado en la Caldera y condensado por completo en el Condensador. El ciclo Rankine ideal no incluye ninguna irreversibilidad interna y esta compuesto de los siguientes cuatro procesos:

1-2 Compresión isoentrópica en una bomba

2-3 Adición de calor a P=cte. En unacaldera.

3-4Expansion isoentrópica en una turbina

4-1 Cesión de calor a P=cte. En un condensador



El agua entra en la bomba en el estado 1 como liquido saturado y se condensa isentropicamente hasta la presión de operación de la caldera. La temperatura del agua aumenta un poco durante este proceso de compresión isentrópica debido a una ligera disminución en el volumen especifico del agua.El agua entra en la caldera como liquido comprimido en el estado 2 y sale como vapor sobrecalentado en el estado 3.

La caldera es básicamente una gran intercambiador de calor donde el calor que se origina en los gases de combustión, reactores nucleares u otras fuentes. Se transfiere al agua esencialmente a presión constante. La caldera con la sección (sobrecalentador) donde el vapor sesobrecalienta recibe el nombre de Generador de Vapor.



El vapor sobrecalentado en el estado 3 entra en la turbina donde se expande isentropicamente y produce trabajo al hacer girar el eje conectado a un generador eléctrico. La presión y la temperatura del vapor disminuyen durante este proceso hasta los valores en el estado 4, donde el vapor entra al condensador. En este estado el vapor es por logeneral una mezcla saturada de líquido y vapor con una alta calidad. El vapor se condensa a presión constante en el condensador, el cual es básicamente un intercambiador de calor que rechaza a este hacia un medio de enfriamiento como un lago, un río o la atmosfera. El vapor sale del condensador como liquido saturado y entra la bomba, completando el ciclo.



Basado en el ciclo de Carnot devapor, con las siguientes diferencias

El vapor saturado se sigue calentando en la caldera a P=cte. Hasta el estado 3,con ello la expansión adiabatica,el vapor tiene mayor calidad (calidad =fracción molar).

El vapor se licua completamente en el proceso 4-1

La bomba solo comprime ya agua liquida, hasta la presion de entrada en la caldera

Diagrama simplificado del Ciclo Rankine simpleA la caldera se le denomina generador de vapor.

En la turbina se produce el trabajo al hacer girar el eje conectado a un generador eléctrico.

El condensador es un intercambiador de calor que cede calor a un medio como un lago, un río o la atmósfera.

El ciclo de Rankine también comprende la posibilidad de sobrecalentar el vapor


Maquina Rankine (Trabajo)

El área encerrada por...
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