CICLO DE POTENCIA RANKINE

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
``FRANCISCO DE MIRANDA´´
ÁREA DE TECNOLOGÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA Y PESQUERA
LABORATORIO DE TERMODINÁMICA APLICADA.

PRÁCTICA
CICLO DE POTENCIA DE VAPOR (RANKINE)

Profesores de laboratorio:
Coordinador: Ing. Elier Garcia
Ing. Gelys Guanipa.
Ing. Josmery Sánchez
Ing. Joan Rodriguez.
Ing. Gregório Bermúdez.

Última modificación: Junio de2011

INTRODUCCIÓN

La práctica consiste en el análisis del ciclo Rankine como modelo para las plantas térmicas de
generación de potencia a vapor. El objetivo de las centrales térmicas de vapor es producir una
cantidad considerable de potencial eléctrico.
Los elementos principales de las centrales térmicas de vapor son: Caldera, Turbina, condensador
y bomba.
Se pueden utilizar comofluido de trabajo varias sustancias, la que más se utiliza con mayor
frecuencia por sus condiciones es el agua, dado que reúne ciertas características como óptima
trasferencia de calor, el manejo de bajas presiones, costo, disponibilidad y altas condiciones de
vaporización.
El vapor es obtenido producto de agregarle calor al fluido de trabajo, cuyas condiciones ocurre
en el quemador. Este calor seobtiene una vez que es suministrado el combustible en la fase
líquida a la caldera y sale en la fase de vapor a temperaturas y presiones elevadas. El calor
suministrado para realizar esta transformación se conoce como calor de vaporización.
Para obtener el calor se utilizan diferentes tipos de combustibles los cuales pueden encontrarse en
las fases sólidas, líquidas o gaseosas.
Losgeneradores de vapor propiamente dicho están constituidos por una caldera y el hogar,
puede además incluir otros elementos de absorción de calor como un sobrecalentador,
economizador o un precalentador de aire, igualmente puede incluir equipos auxiliares o de
instrumentación y control para ayudar al correcto funcionamiento de la unidad.
La caldera constituye un recipiente cerrado que genera vapor deagua a presiones superiores a la
atmosférica, absorbiendo el calor que desarrolla la combustión en el hogar. La temperatura del
líquido aumenta hasta alcanzar la de vaporización y se mantiene constante, el líquido se convierte
en vapor, una vez alcanzada la temperatura de ebullición a la presión de operación continua el
suministro de calor y se inicia la vaporización sin variación detemperatura. Mientras exista líquido
por evaporar, la mezcla de vapor y líquido se llama vapor húmedo, si el calor suministrado es tal
que la temperatura del vapor es la temperatura de vaporización se denomina vapor saturado
seco.
El fluido que sale de la caldera es llevado a la turbina de vapor, donde transformar la energía de
flujo de vapor en energía mecánica, a través de un intercambio de cantidadde movimiento entre el
fluido de trabajo y el rodete (órgano principal de la turbina), que cuenta con álabes de forma
particular para poder realizar el intercambio energético.
Esta energía es aprovechada por un generador eléctrico que esta acoplado a la turbina. Luego el
fluido es condensado alternadamente, y sometido a la vez en la Torre de enfriamiento, que
permite la disminución detemperatura del agua, donde el fluido se traslada nuevamente al
sistema de tratamiento del agua y hacer la recirculación del mismo en los elementos
principales.

Ciclo Rankine Ideal: El funcionamiento de una planta de vapor está basado en el ciclo
termodinámico del Ciclo Rankine (ver figura 1) compuestos por los procesos:
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Proceso 1-2: Compresión Isoentrópica en una bomba.
Proceso2-3: Adición de Calor a Presión constante en la caldera.
Proceso 3-4: Expansión Isoentrópica en la Turbina.
Proceso 4-1: Rechazo de calor a Presión constante en el condensador.

Figura 1. Esquema básico del ciclo Rankine y su diagrama T-s.

Las ecuaciones características de cada dispositivo en el ciclo se deducen a partir de las leyes
fundamentales de la termodinámica para un volumen de...