Ciclo rankine en una planta geotermica
Páginas: 13 (3165 palabras)
Publicado: 19 de septiembre de 2012
CICLO RANKINE EN UNA PLANTA GEOTERMICA:
Por:
Materia: Ciclos de potencia
Profesor:
Fecha:
8 de Mayo
Universidad Nacional de Colombia
Sede Medellín
2012
CICLO RANKINE
El ciclo Rankine es el ciclo ideal para las plantas de potencia de vapor, descrito por el profesor e ingeniero civil escocés William John MacquornRankine (1820-1872)
Cuando en un sistema en termodinámica selleva a cabo un proceso y el sistema vuelve a su estado inicial, se dice que éste funciona en un ciclo termodinámico, si se habla entonces de un ciclo termodinámico de potencia, se hace referencia a un sistema del cual se obtiene una potencia neta (trabajo por unidad de tiempo) y que es cíclico.
En el caso del ciclo Rankine, el sistema es una central térmica de vapor (Ilustración 1) quefunciona, en su modelo más básico, con: una caldera, turbina, condensador, bomba y fluido de trabajo que puede ser agua o compuestos orgánicos.
Ilustración 1: Ciclo Rankine ideal simple
La importancia de este ciclo en particular reside tanto en la utilidad de su estudio teórico, como en lo fundamental que resulta para el análisis de casi todas las centrales térmicas de vapor, algunas de ellasproductoras de casi el 80% de toda la energía a nivel mundial.
1. Descripción del ciclo Rankine
El ciclo Rankine es una forma idealizada del funcionamiento de la central térmica de vapor, basado en un ciclo de Carnot y desprecia cualquier forma de irreversibilidades en el sistema como la fricción, latransferencia de calor a través de las fronteras del sistema y las turbulencias y cambios de velocidad del fluido de trabajo. Se compone de cuatro etapas (Ilustración 1 y 2):
1-2 compresión isoentrópica en una bomba. Se produce un aumento de presión en el fluido.
2-3 Adición de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera.
3-4 Expansión isoentrópica en la turbina del fluidode trabajo desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador
4-1 Rechazo de calor en un condensador a presión constante.
2. Eficiencia del ciclo Rankine
En general con base al esquema ideal del ciclo (Ilustración 2) la eficiencia isoentrópica de 1ª ley se obtiene así:
La eficiencia ideal de un ciclo de Rankine es menor a la de un ciclo de Carnot por la diferencia detemperaturas entre los estados análogos 3 y 1, aunque es posible lograr que sea igual modificando de diferentes formas la central térmica. Por ejemplo cambiando la bomba de líquido comprimido a una de líquido-vapor para aumentar la fase isoentrópica, así la eficiencia aumentaría. Aunque en teoría resulta muy cómodo, en realidad es poco práctico pues este tipo de bombas consume más energía y aumenta loscostos de la central, pero se lograría una eficiencia de Carnot para un ciclo Rankine.
Por las irreversibilidades, la eficiencia ideal de un ciclo Rankine difiere considerablemente de una real (Ilustración 3), entre éstas se encuentran:
1. La fricción del fluido que hace que caiga la presión en las calderas, el condensador y las tuberías.
2. Pérdidas de calor hacia los alrededores.3. El trabajo requerido por la bomba y el adicional para reducir los efectos de rozamiento.
Ilustración 2: Diagrama Ts para un ciclo Rankine.
Ilustración 3: Comparación de un ciclo Rankine
ideal con uno Real.
Para disminuir las causas que ocasionan el decaimiento en la eficiencia del ciclo Rankine existen varias opciones:
1. Aumentar temperatura de la caldera para obtener unvapor sobrecalentado (lo que tendrá por supuesto un aumento de la presión). El límite del calentamiento viene representado por la resistencia del material y puede ser alrededor de 873K.
2. Aumento de la presión en la caldera manteniendo la temperatura. La desventaja de este método reside en que al incrementar la presión en la caldera la calidad del vapor en la turbina puede ser menor (menos...
Por:
Materia: Ciclos de potencia
Profesor:
Fecha:
8 de Mayo
Universidad Nacional de Colombia
Sede Medellín
2012
CICLO RANKINE
El ciclo Rankine es el ciclo ideal para las plantas de potencia de vapor, descrito por el profesor e ingeniero civil escocés William John MacquornRankine (1820-1872)
Cuando en un sistema en termodinámica selleva a cabo un proceso y el sistema vuelve a su estado inicial, se dice que éste funciona en un ciclo termodinámico, si se habla entonces de un ciclo termodinámico de potencia, se hace referencia a un sistema del cual se obtiene una potencia neta (trabajo por unidad de tiempo) y que es cíclico.
En el caso del ciclo Rankine, el sistema es una central térmica de vapor (Ilustración 1) quefunciona, en su modelo más básico, con: una caldera, turbina, condensador, bomba y fluido de trabajo que puede ser agua o compuestos orgánicos.
Ilustración 1: Ciclo Rankine ideal simple
La importancia de este ciclo en particular reside tanto en la utilidad de su estudio teórico, como en lo fundamental que resulta para el análisis de casi todas las centrales térmicas de vapor, algunas de ellasproductoras de casi el 80% de toda la energía a nivel mundial.
1. Descripción del ciclo Rankine
El ciclo Rankine es una forma idealizada del funcionamiento de la central térmica de vapor, basado en un ciclo de Carnot y desprecia cualquier forma de irreversibilidades en el sistema como la fricción, latransferencia de calor a través de las fronteras del sistema y las turbulencias y cambios de velocidad del fluido de trabajo. Se compone de cuatro etapas (Ilustración 1 y 2):
1-2 compresión isoentrópica en una bomba. Se produce un aumento de presión en el fluido.
2-3 Adición de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera.
3-4 Expansión isoentrópica en la turbina del fluidode trabajo desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador
4-1 Rechazo de calor en un condensador a presión constante.
2. Eficiencia del ciclo Rankine
En general con base al esquema ideal del ciclo (Ilustración 2) la eficiencia isoentrópica de 1ª ley se obtiene así:
La eficiencia ideal de un ciclo de Rankine es menor a la de un ciclo de Carnot por la diferencia detemperaturas entre los estados análogos 3 y 1, aunque es posible lograr que sea igual modificando de diferentes formas la central térmica. Por ejemplo cambiando la bomba de líquido comprimido a una de líquido-vapor para aumentar la fase isoentrópica, así la eficiencia aumentaría. Aunque en teoría resulta muy cómodo, en realidad es poco práctico pues este tipo de bombas consume más energía y aumenta loscostos de la central, pero se lograría una eficiencia de Carnot para un ciclo Rankine.
Por las irreversibilidades, la eficiencia ideal de un ciclo Rankine difiere considerablemente de una real (Ilustración 3), entre éstas se encuentran:
1. La fricción del fluido que hace que caiga la presión en las calderas, el condensador y las tuberías.
2. Pérdidas de calor hacia los alrededores.3. El trabajo requerido por la bomba y el adicional para reducir los efectos de rozamiento.
Ilustración 2: Diagrama Ts para un ciclo Rankine.
Ilustración 3: Comparación de un ciclo Rankine
ideal con uno Real.
Para disminuir las causas que ocasionan el decaimiento en la eficiencia del ciclo Rankine existen varias opciones:
1. Aumentar temperatura de la caldera para obtener unvapor sobrecalentado (lo que tendrá por supuesto un aumento de la presión). El límite del calentamiento viene representado por la resistencia del material y puede ser alrededor de 873K.
2. Aumento de la presión en la caldera manteniendo la temperatura. La desventaja de este método reside en que al incrementar la presión en la caldera la calidad del vapor en la turbina puede ser menor (menos...
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