Ciclo Rankine


























CICLO RANKINE.

I. INTRODUCCION.
El ciclo Rankine es una modificación al Ciclo de Carnot para maquinas de vapor. El ciclo Rankine se emplea para las turbinas de vapor que sirven para generar energía eléctrica.
II. MARCO TEORICO.
El ciclo Rankine Ideal no incluye ninguna irreversibilidad interna y esta compuesto de los siguientes cuatroprocesos.
Procesos del Ciclo Rankine:
1-2 Suministro de Calor a Presión Constante.
2-3 Expansión Isentrópica.
3-4 Rechazo de Calor a Presión Constante.
4.1 Compresión Isentrópica.
Consideraciones.
1. El fluido de trabajo es agua y se conserva.
2. Todos los procesos son reversibles
3. El Suministro y rechazo de calor se realiza a Presión constante.
4. Los procesos de compresión yexpansión se consideran de forma adiabática.
Funcionamiento.
El agua entra a la caldera como líquido comprimido en el estado 1 y sale como vapor sobrecalentado en el estado 2. La caldera es básicamente un 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.

El vaporsobrecalentado en el estado 2 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 disminuyen durante este proceso hasta los valores en el estado 3, donde el vapor entra al condensador. 

El vapor se condensa a presión constante en el condensador, el cual es básicamente un granintercambiador de calor, rechazando el calor 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.

El agua entra a la bomba en el estado 4 como líquido saturado y se condensa isentrópicamente hasta la presión de operación de la caldera. La temperatura del agua aumenta un poco durante este proceso de compresiónisentrópica debido a una ligera disminución en el volumen específico del agua.
CICLO RANKINE SOBRECALENTADO
Esta configuración del ciclo calienta el vapor saturado a la salida de la caldera en vapor sobrecalentado, con ello la energía del vapor que entra a la turbina es mucho mayor que la del ciclo Rankine simple generando mayor cantidad de trabajo aunque aumenta el calor suministrado, esto haceque la caldera tienda ser más grande pero el gasto es equiparable debido a la cantidad de energía que entrega el vapor. La limitante es la temperatura máxima debido a consideraciones metalúrgicas. Actualmente la temperatura de vapor mas alta permisible en la entrada de la turbina es de 620 ºC.







III. DESARROLLO.
De acuerdo con las tablas de datos siguientes, se graficarancaracterísticas importantes del ciclo Rankine tanto ideal como Real, para su posterior análisis y entendimiento de una manera mas clara.

No Lista
Potencia (kW)
Datos


9
30000
A
0.88
0.93

A:

T2
400-700 °C
Δ
50°C
P2
10-200 BAR
Δ
10 BAR
P3
0.05 BAR











IV. GRAFICAS.


Como podemos observar en la grafica la línea que representa el trabajo de bomba ideal se comportade una forma lineal es decir, el trabajo de bomba es directamente proporcional a la presión de salida de la bomba.
Por otro lado también podemos notar que la línea que representa al trabajo de bomba real ya no se comporta del todo lineal por lo que podemos decir que el trabajo de bomba aumenta en condiciones reales respecto a las ideales, esto debido a las irreversibilidades en diversoscomponentes. Es decir la fricción del fluido ocasiona caídas de presión en la caldera, el condensador y las tuberías entre los diversos componentes. Para compensar las caídas en las presiones se requieren presiones más altas en el bombeo de agua y por ende un mayor trabajo para poder realizar este proceso.




Como podemos observar en las graficas anteriores a una mayor temperatura del fluido a la...