Rankine

Ciclo de Rankine
Termodinámica


22/10/2012

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Introducción
Objetivo:
El objetivo de esta práctica termodinámica es estudiar el ciclo de Rankine mediante
una máquina frigorífica, y vamos a hacer su estudio y caracterización.
El ciclo de Rankine es una maquina térmica cíclica que convierte el calor en trabajo.
Se trata del ciclo de Rankine refrigerativo, somos nosotros los queintroducimos
trabajo para extraer calor. El ciclo de Rankine es importantisimo debido al papel que
desarrolla en la produccion de energia elèctrica ya que es el utilizado en las centrales
termicas que producen la inmensa mayoria de electricidad en nuestro país.
Tendremos que realizar una serie de acciones para poder desarrollar de forma
adecuada la práctica:





Fundamento teórico y delequipo
Estudio de la disposición de los elementos del equipo
Identificación de las sondas de temperatura
Determinación de la potencia calorífica y cálculo del COP

Dispondremos de un equipo criostatico para determinar la potencia frigorífica y el
coeficiente de prestación (COP), a partir de medir la variación de la temperatura en los
diferentes puntos del ciclo frigorífico de Rankine, ymidiendo la temperatura del fluido
refrigerante. El fluido refrigerante de trabajo es el Freón 12, utilizaremos también agua
y etilenglicol.
Para el cálculo del COP (coefficient of performance) se ha utilizado:
Ecuación 1:

COP= 1/rendimiento = (Hd-Hc)/(Ha-Hd)
Donde n es el rendimiento termodinámico del ciclo, definido como:
Ecuación 2:

Rendimiento (%)= (Ha-Hd)/(Hd-Hc)

Dónde
 Ws esel trabajo útil adicionado al sistema (en J).
 q1 es el calor que aporta el fluido (la fuente fría, mezcla H2O/etilenglicol)
de proceso al evaporador (en J).

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 q2 es el calor desprendido por el Freón en el condensador liberado a la
fuente corriente (en J).
La potencia frigorífica es el calor que se puede extraer a partir del trabajo
aportado por unidad de tiempo:
Ecuación 3:

Elcalor absorbido de la fuente fría (mezcla), en función de la temperatura se
calcula:
Ecuación 4:

Dónde:
 Cp es la capacidad calorífica molar del liquido de procesos (J/k·mol)
 m es la masa a refrigerar en (kg).
El liquido de proceso que en nuestro caso es una mezcla (agua/Et. al 50%), para
calcular la capacidad calorífica del proceso.
Ecuación 5:

Características de fluidosrefrigerantes:






Presión de vapor superior a la atmosférica y a la temperatura de trabajo del
refrigerador. El refrigerante debe mantenerse liquido más tiempo que el agua;
absorbe el calor del agua para evaporase.
Presión de vapor no muy elevada a la temperatura de trabajo del condensador.
No toxico, explosivo, corrosivo.
Bajo coste

Ecuación 6:
Densidad= ∑Xi*Cpi
Ecuación 7:
Mmez=ρmez*Vmez

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Para poder realizar los cálculos se han necesitado algunos datos extra que aparecen a
continuación:
ρ H₂O
ρ etilenglicol
ce H₂O
ce EtEng.
Cp freón

1000kg/m³
1116kg/m³
0,075 KJ/mol·K
0,148 KJ/mol·k
0,074 KJ/mol·K
Tabla 1.

El equipo usado es un equipo criostástico, adquisidor de datos DAS, sondas Pt-100 y
un termómetro de mercurio.
Para comprender mejor el ciclode Rankine hay un esquema a continuación donde
esta explicado.

Dirección ciclo: 

Válvula

q2

Condensador

W
Compresor

q1

Evaporador
Gráfico 1.

El equipo consta de 4 partes fundamentales. El 1 es una válvula de expansión, que es
un elemento que disminuye la presión de un fluido pasando de un estado de más alta
presión y temperatura a uno de menor presión y temperatura.El 2 extrae calor de la
fuente fría (mezcla) y se transmite al refrigerante para evaporarlo. Es un evaporador
de calor, cuya función es transmitir el calor entre 2 medios en contacto. El 3 es un
compresor que aumenta la presión del fluido en el circuito. El 4 es de nuevo un
condensador de calor, que extrae del refrigerante condensando el vapor en liquido y
cediéndolo a la fuente caliente....