Ciclo Rankine

CICLO RANKINEEl ciclo Rankine es un ciclo que opera con vapor, y es el que se utiliza en las centrales termoeléctricas. Consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor. Éste será llevado a una turbina donde produce energía cinética a costa de perder presión. Su camino continúa al seguir hacia un condensador donde lo que queda de vapor pasa a estado líquidopara poder entrar a una bomba que le subirá la presión para nuevamente poder introducirlo a la caldera.Los diagramas p-V en los que interviene un líquido que se vaporiza tienen una diferencia respecto a los de gas: aparece la llamada campana de cambio de fase. | A la izquierda de la campana tenemos estado líquido, que apenas varía su volumen cuando se calienta o se aumenta su presión. Por eso laslíneas isotermas son casi verticales.A la derecha de la campana tenemos vapor, que se comporta como un gas, por lo que las líneas isotermas son similares a las de los gases ideales. En el interior de la campana, el líquido se está evaporando, y las líneas de temperatura constante son horizontales. Ésto es debido a que dada una presión, el calor que se le aporte al fluido no se emplea en elevar latemperatura, sino en la evaporación.El ciclo de Rankine es el ciclo ideal que sirve de base al funcionamiento de las centrales térmicas, lascuales, producen actualmente la mayor parte de la energía eléctrica que se consume en el mundo. Laevolución de las centrales térmicas ha estado condicionada por la búsqueda de mejoras en el rendimientotérmico del ciclo termodinámico, ya que incluso pequeñasmejoras en el rendimiento significan grandesahorros en los requerimientos de combustible. La idea básica detrás de todas las modificaciones paraincrementar el rendimiento de un ciclo de potencia es aumentar la temperatura promedio a la cual el calorse transfiere al fluido de trabajo en la caldera, o disminuir la temperatura promedio a la cual el fluido detrabajo cede calor al condensador. Esto seconsigue con una selección cuidadosa de las condiciones deoperación de la caldera (presión y temperatura a la que genera el vapor), y del condensador (presión deoperación), así como con la incorporación de recalentamientos entre diferentes etapas de expansión ycalentamientos regenerativos del agua de alimentación.Esquema |
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El proceso del Ciclo
El ciclo Rankine es un ciclo de potenciarepresentativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevadoa una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente derefrigeración procedente del mar, de un río o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.
Existen algunas mejoras al ciclo descrito que permiten mejorar su eficiencia, como por ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina, recalentamiento entreetapas de turbina o regeneración del agua de alimentación a caldera.
Existen también centrales alimentadas mediante energía solar térmica (centrales termosolares), en cuyo caso la caldera es sustituida por un campo de colectores cilindro-parabólicos o un sistema de helióstatos y torre. Además este tipo de centrales poseen un sistema de almacenamiento térmico, habitualmente de sales fundidas....