ciclo rankin sencillo

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

CICLO RANKINE SENCILLO DONDE EL FLUIDO DE TRABAJO ES AGUA
El sistema está compuesto por una caldera, una turbina, un condensador y una bomba. El proceso es como sigue:
La planta de energía de vapor es una máquina térmica a gran escala, en la cual el fluido de trabajo (H20) fluye sucesivamente en estado estacionario a través de una bomba, una caldera, una turbina yun condensador en un proceso cíclico. El fluido de trabajo está separado de la fuente de calor y éste se transfiere a través de una frontera física. En una planta de combustión a fuego directo del combustible fósil, los gases de combustión están separados del vapor por medio de las paredes de la tubería de la caldera.
El ciclo Rankine en un proceso simple de flujo estable en estado estacionario,en el cual el vapor que genera una caldera se expande en una turbina adiabática para producir trabajo. La corriente de descarga de la turbina pasa a un condensador, del cual se bombea adiabáticamente de regreso a la caldera. La energía producida por la turbina es mucho mayor que la que requiere la bomba, y la salida neta de energía es igual a la diferencia entre la rapidez de entrada del calor enla caldera IQHI y la rapidez de desprendimiento de calor en el condensador IQcl.
Las turbinas que reciben el vapor saturado producen una descarga con alto contenido líquido, que causa severos problemas de erosión. Incluso es más difícil el diseño de una bomba que recibe una mezcla de líquido y vapor (punto 4) y descarga un líquido saturado (punto 1). Por estas razones se considera como estándar aun modelo de ciclo alternativo, al menos para las plantas de energía que queman combustible fósil. Es el llamado ciclo Rankine y difiere en dos aspectos importantes del ciclo de Carnot. Primero, la etapa de calentamiento 1 -- 2 es llevada más allá de la vaporización, a fin de producir vapor sobrecalentado; en segundo lugar, la etapa de enfriamiento 3 -- 4 causa una condensación completa,produciendo líquido saturado para bombearlo a la caldera. En consecuencia, el ciclo Rankine consiste en las cuatro etapas que se presentan en la siguiente figura. Se describe a continuación:
• 1 - 2 Proceso de calentamiento a presión constante en una caldera. La etapa se halla a lo largo de una isobara (la presión de la caldera) y consta de tres secciones: calentamiento del agua líquida subenfriada hastasu temperatura de saturación, vaporización a temperatura y presión constantes, y sobrecalentamiento del vapor a una temperatura muy por arriba de su temperatura de saturación.
• 2 - 3 Expansión adiabática (isentrópica), reversible, del vapor en una turbina hasta la presión del condensador. La etapa normalmente cruza la curva de saturación, lo cual produce una descarga húmeda, lo suficiente paraque el contenido de humedad no sea muy grande.
• 3 - 4 Proceso a presión y a temperatura constantes en un condensador para producir líquido saturado en el punto 4.
• 4 - 1 Bombeo adiabático (isentrópico) reversible del líquido saturado hasta la presión de la caldera, que produce líquido comprimido (subenfriado).













DIAGRAMAS TERMODINÁMICOS


Figura 1. Diagrama P-h delproceso


Figura 2. Diagrama T-s del proceso


DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO


Figura 3. Diagrama del Ciclo Rankine sencillo












RESULTADOS

TABLA I
PROPIEDADES TERMODINÁMICAS OBTENIDAS EN EL PROCESO DE CICLO RANKINE SENCILLO UTILIZANDO AGUA COMO COMBUSTIBLE


CORRIEN-TE


Presión
(P) MPa


Tempera-tura
(T) ºC


Volumen específico (v)



Entalpía(h)


Energía interna
(u)




Entropía
(s) .K

Cali-dad
Adim.
(x)
1
6,00
273,40
0,001312
1201,89
1194,28
0,6493
- -
2
6,00
441,89
0,05137
3281,59
2973,33
6,6903
- -
3
0,01
45,81
13,1503
2336,73
2205,22
7,3731
0,8964
4
0,01
45,81
0,001010
191,83
191,82
0,6493
0
5
0,00123
10
- -
42,01
- -
- -
- -
6
0,00359
27
- -
113,25
- -
- -...