Mejoras al ciclo de rankine

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1. Mejoras del Ciclo Rankine
La idea para mejorar un ciclo rankine es aumentar el salto entálpico entre 1 y 2, es decir, el trabajo entregado a la turbina. Las mejoras que se realizan de forma habitual en centrales térmicas (tanto de carbón, como ciclos combinados o nucleares) son:
1.1. Reducción de la presión del condensador: En este procedimiento se disminuye automáticamente la temperaturadel condensador otorgando un mayor trabajo a la turbina, una disminución del calor rechazado. La desventaja es que la humedad del vapor empieza a aumentar ocasionando erosión en los alabes de la turbina.
1.2. Aumentar la presión de la caldera para una temperatura fija: Al aumentar la presión aumenta la temperatura a la cual se añade calor aumentando el rendimiento de la turbina por ende la delciclo. La desventaja es la humedad excesiva que aparece.
1.3. Sobrecalentar la temperatura de entrada de la turbina: se procede a recalentar el vapor a altas temperaturas para obtener un mayor trabajo de la turbina, tiene como ventaja que la humedad disminuye. Este aumento de la temperatura está limitado por los materiales a soportar altas temperaturas.
1.4. Recalentamientos intermedios del vapor,escalonando su expansión. Esto es, tener varias etapas de turbina, llevando a condiciones de sobrecalentamiento mediante recalendatores (Moisture Steam Reheaters en el caso de centrales nucleares) y de economizador. Este escalonamiento de la expansión da lugar a los cuerpos de alta, media y baja presión de turbina.
1.5. Realizar extracciones de vapor en la turbina, calentando el agua dealimentación a la caldera, aumentando su entalpía. El número de extracciones no suele superar las 7, ya que no implicaría una mejora de rendimiento considerable frente a la complicación técnica que conllevan.
2 Mejoras en el rendimiento de ciclo de Rankine real

2.1. Sobrecalentamiento
Una primera modificación que introduce mejoras en el rendimiento del ciclo real de Rankine es el sobrecalentamiento,que consiste simplemente en calentar el agua en la caldera hasta que llegue a un punto de mayor temperatura que la temperatura de saturación. Se pasa entonces de un ciclo donde el vapor al inicio de expansión está saturado, a uno donde está sobrecalentado. En la figura 2.1 se ilustra el diagrama T − s de un ciclo de Rankine ideal con sobrecalentamiento; los superíndices representan la variante consobrecalentamiento. Como se observa, el sobrecalentamiento no implica que el título del vapor al final de la expansión sea mayor o igual que 1: en este punto puede tenerse vapor sobrecalentado, vapor saturado o mezcla. El condensado de la mezcla, sin embargo, puede producir erosión en los alabes de la turbina en este punto, por lo que se considera aceptable que el título del vapor sea al menos de un88 %

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Figura 2.1: Ciclo de Rankine ideal con sobrecalentamiento

El sobrecalentamiento, sea el ciclo ideal o real, aumenta el rendimiento del ciclo debido al ensanchamiento del salto entalpico 4 − 1 que produce. Para una misma temperatura de final de expansión, y manteniendo constantes las presiones P1 y P4, la entalpia de inicio de expansión aumenta al aumentar la temperatura. De estaforma se logra incrementar el termino (h1 − h4) en la expresión para el rendimiento, con el consecuente incremento del rendimiento. Puede entenderse más fácilmente mirando la segunda expresión para el rendimiento, en función de las temperaturas: al aumentar la temperatura de inicio de expansión, aumenta el promedio de las temperaturas durante la absorción de calor, y con ello el rendimiento. Elincremento de la temperatura de inicio de expansión se consigue con la adición de un intercambiador de calor a continuación de la caldera, llamado sobrecalentador. Al conjunto de ambos intercambiadores se le llama Generador de Vapor. Aunque efectivamente el rendimiento del ciclo aumenta, pese a que se cede más calor al vapor, el uso de dos intercambiadores requiere de más combustible e implica...
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