Ingeniero

ciclos de vapor
ciclo de Carnot
Ciclo Rankine
simple
con sobrecalentamiento
con recalentamiento
con regeneración
combinado
pérdidas
ciclo de refrigeración por compresión de vapor

´
Ciclos Termodinamicos – p. 1/2

ciclo de Carnot con vapor
T

TH
liq. sat

caldera

2
bomba
isentropica
1

vap. sat
3

TL
turbina
isentropica
PSfrag replacements

2

3

1

4s

4
condensador

trabajo neto (w = wt − wb )
w = q H − qL

eficiencia térmica de Carnot ηC =

w
qH

=1−

TL
TH

´
Ciclos Termodinamicos – p. 2/2

ciclo de Carnot con vapor
T

TH

3

2

qH
liq. sat

caldera

2
bomba
isentropica
1

vap. sat
3

TL

1

4

PSfrag replacements
turbina
isentropica

s
4
condensador

calor absorbido:
3

qH =eficiencia térmica de Carnot ηC =

w
qH

=1−

T ds
2

TL
TH

´
Ciclos Termodinamicos – p. 2/2

ciclo de Carnot con vapor
T

TH

3

2
w

liq. sat

caldera

2
bomba
isentropica
1

vap. sat
3

TL

1

4

qL

PSfrag replacements
turbina
isentropica

s
4
condensador

calor liberado:
4

qL =

eficiencia térmica de Carnot ηC =

w
qH

=1−T ds
1

TL
TH

´
Ciclos Termodinamicos – p. 2/2

ciclo de Carnot no es práctico
Problemas:
T

la calidad del vapor a la salida de la
turbina es relativamente baja, lo cual
acorta la vida útil de la turbina.

TH

la etapa de compresión isentrópica 1-2 es
difícil de realizar con un fluido bifásico.

TL

al salir vapor saturado (y no sobrecalentado) se limita latemperaturaPSfrag replacements
TH y por
tanto la eficiencia.

2

3

1

4

s

en todo ciclo reversible
¯
TL
ηC = 1 − ¯
TH
¯
¯
−→ es deseable subir TH y bajar TL

´
Ciclos Termodinamicos – p. 3/2

ciclo Rankine simple
T

qH

3

vap. sat.
caldera
2

3

bomba
isentropica
1
PSfrag replacements

turbina
isentropica

1

4
liq. sat.

2

condensador

4

qLs

temperatura media a la cual se recibe calor
¯H = 1
T
∆s

3
2

qH
T ds =
< T3
s 3 − s2

¯¯
un ciclo reversible cumple ηt = 1 − TL /TH

´
Ciclos Termodinamicos – p. 4/2

ciclo Rankine simple
ejemplo:
un ciclo Rankine ideal
opera con agua
entre 10 kPa y 2 MPa.
sale vapor saturado
de la caldera.
¯
determinar la eficiencia y TH

T
3
2
1

4
s

´
CiclosTermodinamicos – p. 5/2

ciclo Rankine simple
T

ejemplo:
un ciclo Rankine ideal
opera con agua
entre 10 kPa y 2 MPa.
sale vapor saturado
de la caldera.

3
2
1

4

¯
determinar la eficiencia y TH

s

P(MPa)

T( o C )

h(kJ/kg)

s(kJ/kgK)

estado

1

0,01

46

191,8

0,649

liq. sat

2

2

193,8

0,649

liq. s/comp.

3

2

212

2799,5

6,341vap. sat.

4

0,01

46

2007,5

6,341

x4 = 0, 7588

estado 2: h2 ≈ h1 + v1 (P2 − P1 )
ηt =

w
h3 − h4 − (h2 − h1 )
=
= 0, 30
qH
h3 − h 2

¯
TH =

qH
= 184, 6o C
s3 − s 2

´
Ciclos Termodinamicos – p. 5/2

como mejorar la eficiencia?
bajar la temperatura TL en el condensador
implica bajar P1 y reducir la calidad x4 ...
no es conveniente.

´
CiclosTermodinamicos – p. 6/2

como mejorar la eficiencia?
bajar la temperatura TL en el condensador
implica bajar P1 y reducir la calidad x4 ...
no es conveniente.
sobrecalentar el vapor en
la caldera implica subir
¯
la temperatura media TH
y mejora la eficiencia,
además tiende a aumentar la calidad x4

T
3

2
1

4

s

´
Ciclos Termodinamicos – p. 6/2

como mejorar la eficiencia?bajar la temperatura TL en el condensador
implica bajar P1 y reducir la calidad x4 ...
no es conveniente.
sobrecalentar el vapor en
la caldera implica subir
¯
la temperatura media TH
y mejora la eficiencia,
además tiende a aumentar la calidad x4

T
3

2
1

4

s

¯
subir la presión de caldera mejora TH pero tiende a
bajar x4 . Se resuelve con recalentamiento.

´
Ciclos...