Ciclo Rankine
Páginas: 8 (1769 palabras)
Publicado: 16 de septiembre de 2011
Objetivos: Al final de la práctica, el alumno:
Describirá los equipos que forman el ciclo Rankine, los procesos termodinámicos, el diagrama T-S y la eficiencia del ciclo.
Calculará las entalpías de cada estado termodinámico del “Ciclo” Rankine (abierto) instalado en el laboratorio, la eficiencia de la turbina y del ciclo.
Realizará con datos obtenidos en la practica la curvagasto vs potencia al freno, identificando el punto de operación y su importancia como curva característica de la maquina.
Descripción ciclo Rankine
En la figura se muestra un ciclo de Carnot, es un ciclo ideal en el que se obtiene el máximo rendimiento térmico y además es reversible; constituido por dos procesos isotérmicos y dos isoentropicos. No es un modelo apropiado para los ciclosde potencia ya que a lo largo de todo el análisis se considera al vapor como el fluido de trabajo, y la calidad de este mismo disminuye durante la expansión isoentropica.
Observamos en la figura los componentes de un ciclo Rankine ideal, compuesto de una bomba para suministrar agua a la caldera, donde se calienta el agua hasta obtener vapor sobre calentado, con esto, pasa a la turbina dondese genera trabajo mecánico, finalmente el vapor se condensa en un condensador que alimenta nuevamente a la bomba. Vemos también la campana de saturación en un diagrama T-S.
Como sabemos, una cosa es lo ideal y otra lo real. Aquí se muestran las desviaciones reales que tiene un ciclo Rankine, la entropía no es constante de 1-2 ni de 3-4 como se espera, esto debido a que no se puede tener unproceso adiabático al 100 %, por lo tanto, aunque sea una leve diferencia, la temperatura de 4-1 tampoco es constante.
Una manera de aumentar el área, que es el trabajo neto, es bajando la presión en el condensador, se ve claramente un aumento de área pero repercute en el suministro de calor, ya que al bajar la presión también baja la temperatura del liquido, por lo que hay que suministramás calor para calentar el liquido ahora mas frio. Sin embargo este aumento en el trabajo neto no se ve reflejado a gran escala en la eficiencia de la caldera ni del sistema.
Nuevamente un ciclo Rankine ideal, la diferencia que observamos es que tenemos un punto 3’, esto se logra con un proceso denominado supercalentamiento. Consiste en que al supercalentar el fluido de trabajo, eleva latemperatura promedio por medio de adición de más calor. Nuevamente se ve un aumento del área que representa el trabajo neto, pero se necesita más calor de suministro para poder lograrlo así que la eficiencia aumenta muy poco.
A medida que aumenta la presión en la caldera, el punto 3 se corre hacia la izquierda, por lo tanto el punto 4 también y el vapor sale más húmedo. El nuevo punto de salidadel vapor de la caldera es 3´ y el de descarga de la turbina el 4´. Con esto se logra un aumento del trabajo neto, disminuye el requerimiento de calor de entrada, y gracias a estos dos puntos la eficiencia térmica del ciclo aumenta. El incremento de la presión en la caldera está limitado por la alta humedad en la turbina.
Observamos un ciclo Rankine supercrítico, si la presión se incrementapor encima de la del punto crítico, la aplicación de calor no reproduce el fenómeno de la vaporización, sino que pasa a través de un punto en el que el agua cambia de fase líquida a fase gaseosa. El calentamiento adicional sobrecalienta el vapor y, por tanto, la primera parte de la expansión en la turbina se puede procesar totalmente en la región del vapor sobrecalentado.
Un ciclo Rankine conrecalentamiento ideal, consiste en que después de expandir el vapor en la turbina de baja presión (observamos que ahora tenemos dos turbinas, de baja y alta presión) se extraer una porción para llevarlo a un recalentador en la caldera para calentarlo aun mas, aumenta la eficiencia del ciclo al aumentar la presión en la caldera y se disminuya la humedad en la turbina.
En un ciclo...
Describirá los equipos que forman el ciclo Rankine, los procesos termodinámicos, el diagrama T-S y la eficiencia del ciclo.
Calculará las entalpías de cada estado termodinámico del “Ciclo” Rankine (abierto) instalado en el laboratorio, la eficiencia de la turbina y del ciclo.
Realizará con datos obtenidos en la practica la curvagasto vs potencia al freno, identificando el punto de operación y su importancia como curva característica de la maquina.
Descripción ciclo Rankine
En la figura se muestra un ciclo de Carnot, es un ciclo ideal en el que se obtiene el máximo rendimiento térmico y además es reversible; constituido por dos procesos isotérmicos y dos isoentropicos. No es un modelo apropiado para los ciclosde potencia ya que a lo largo de todo el análisis se considera al vapor como el fluido de trabajo, y la calidad de este mismo disminuye durante la expansión isoentropica.
Observamos en la figura los componentes de un ciclo Rankine ideal, compuesto de una bomba para suministrar agua a la caldera, donde se calienta el agua hasta obtener vapor sobre calentado, con esto, pasa a la turbina dondese genera trabajo mecánico, finalmente el vapor se condensa en un condensador que alimenta nuevamente a la bomba. Vemos también la campana de saturación en un diagrama T-S.
Como sabemos, una cosa es lo ideal y otra lo real. Aquí se muestran las desviaciones reales que tiene un ciclo Rankine, la entropía no es constante de 1-2 ni de 3-4 como se espera, esto debido a que no se puede tener unproceso adiabático al 100 %, por lo tanto, aunque sea una leve diferencia, la temperatura de 4-1 tampoco es constante.
Una manera de aumentar el área, que es el trabajo neto, es bajando la presión en el condensador, se ve claramente un aumento de área pero repercute en el suministro de calor, ya que al bajar la presión también baja la temperatura del liquido, por lo que hay que suministramás calor para calentar el liquido ahora mas frio. Sin embargo este aumento en el trabajo neto no se ve reflejado a gran escala en la eficiencia de la caldera ni del sistema.
Nuevamente un ciclo Rankine ideal, la diferencia que observamos es que tenemos un punto 3’, esto se logra con un proceso denominado supercalentamiento. Consiste en que al supercalentar el fluido de trabajo, eleva latemperatura promedio por medio de adición de más calor. Nuevamente se ve un aumento del área que representa el trabajo neto, pero se necesita más calor de suministro para poder lograrlo así que la eficiencia aumenta muy poco.
A medida que aumenta la presión en la caldera, el punto 3 se corre hacia la izquierda, por lo tanto el punto 4 también y el vapor sale más húmedo. El nuevo punto de salidadel vapor de la caldera es 3´ y el de descarga de la turbina el 4´. Con esto se logra un aumento del trabajo neto, disminuye el requerimiento de calor de entrada, y gracias a estos dos puntos la eficiencia térmica del ciclo aumenta. El incremento de la presión en la caldera está limitado por la alta humedad en la turbina.
Observamos un ciclo Rankine supercrítico, si la presión se incrementapor encima de la del punto crítico, la aplicación de calor no reproduce el fenómeno de la vaporización, sino que pasa a través de un punto en el que el agua cambia de fase líquida a fase gaseosa. El calentamiento adicional sobrecalienta el vapor y, por tanto, la primera parte de la expansión en la turbina se puede procesar totalmente en la región del vapor sobrecalentado.
Un ciclo Rankine conrecalentamiento ideal, consiste en que después de expandir el vapor en la turbina de baja presión (observamos que ahora tenemos dos turbinas, de baja y alta presión) se extraer una porción para llevarlo a un recalentador en la caldera para calentarlo aun mas, aumenta la eficiencia del ciclo al aumentar la presión en la caldera y se disminuya la humedad en la turbina.
En un ciclo...
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