Análisis Del Ciclo De Rankine Con Recalentamiento Intermedio Y Efecto Regenerativo

Motores Térmicos
“Análisis del ciclo de Rankine con recalentamiento intermedio y efecto regenerativo”

ÍNDICE

Introducción 3

Mejoras del ciclo de Rankine 7

Elementos del ciclo de Rankine 9

Ciclo de Rankine con recalentamiento intermedio 19

Ciclo de Rankine con efecto regenerativo 25

Ciclo de Rankine con recalentamientointermedio y efecto regenerativo 33

Comparativa 42

Ejemplo real 44

INTRODUCCIÓN

El ciclo de Carnot permite obtener trabajo a partir de la transferencia de calor de un foco caliente a otro frío. Este es un ciclo reversible que se caracteriza por realizar las transferencias de calor con los focos a temperatura constante y las transferencias detrabajo con el entorno de forma adiabática.

Este ciclo tiene ciertos inconvenientes, los procesos reversibles no existen en la realidad y, por otro lado, los dispositivos existentes para transmitir calor trabajan a presión constante, en lugar de a temperatura constante, como exige el ciclo de Carnot. Por ello, utilizaremos siempre el ciclo de Rankine, el cual, corrige estos inconvenientes.El ciclo Rankine es un ciclo de potencia que opera con vapor. Este es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde produce energía cinética, donde perderá presión. Su camino continúa al seguir hacia un condensador, donde el vapor cambia al estado líquido. Posteriormente, es succionado por una bomba que aumentará la presión del fluidopara poder ingresarlo nuevamente a la caldera.
Los inconvenientes presentados por el ciclo de Carnot se ven solucionados, por lo que el diagrama T-S se modifica:

El ciclo de Rankine tiene una serie de características respecto al anterior:
* El trabajo consumido por la bomba disminuye.
* El trabajo producido por la turbina aumenta.
* El trabajo efectivo del ciclo aumenta.
Este es elciclo ideal que sirve de base al funcionamiento de las centrales térmicas. La evolución de las centrales térmicas ha estado condicionada por la búsqueda de mejoras en el rendimiento térmico del ciclo termodinámico, ya que incluso pequeñas mejoras en el rendimiento significan grandes ahorros en los requerimientos de combustible. La idea básica detrás de todas las modificaciones para incrementar elrendimiento de un ciclo de potencia es aumentar la temperatura promedio a la cual el calor se transfiere al fluido de trabajo en la caldera, o disminuir la temperatura promedio a la cual el fluido de trabajo cede calor al condensador. Esto se consigue con una selección cuidadosa de las condiciones de operación de la caldera (presión y temperatura a la que genera el vapor), y del condensador(presión de operación), así como con la incorporación de recalentamientos entre diferentes etapas de expansión y calentamientos regenerativos del agua de alimentación.
A lo largo de este trabajo, vamos a comparar las diferentes variantes que existen del ciclo de Rankine a través del rendimiento, potencia neta y titulo a la salida de la turbina de los distintos casos, los cuales son:
* Ciclo deRankine básico.
* Ciclo de Rankine con recalentamiento.
* Ciclo de Rankine regenerativo.
* Ciclo de Rankine regenerativo y con recalentamiento.
Un caso de aplicación del ciclo de Rankine básico es el siguiente:

Datos iniciales:
* Gasto másico de fluido: 1kg/s
* Temperatura entrada a la turbina: 490ºC
* Presión de entrada a la turbina: 12MPa
* Presión decondensación: 5KPa
* Rendimiento isoentrópico de la bomba: 80%
* Rendimiento isoentrópico de la turbina: 90%

Hipótesis tomadas:
Las turbinas y la bomba son adiabáticas
Las caldera y el condensador son isóbaros
La entrada a la bomba es líquido saturado

Datos obtenidos:
El rendimiento del ciclo es del 38%
La potencia neta es 1204 Kw
El titulo a la salida de la turbina es...