Ciclo Rankine Simple Trabajo

El ciclo Rankine es una modificación del ciclo Carnot, esto con el fin de mejorar el sistema térmico corrigiendo los problemas que este produce, entre estas modificaciones están:
Primero en el proceso 4-1 se lleva a cabo de manera que el vapor húmedo expandido en la turbina se condense por completo, hasta el estado liquido saturado a la presión de la salida de la turbina.
Proceso de compresión1-2 se realiza ahora mediante una bomba de líquido, que eleva isoentrópicamente la presión del líquido que sale del condensador hasta la presión deseada para el proceso 2-3.
Durante el proceso 2-3 se sobrecalienta el fluido hasta una temperatura que es con frecuencia superior a la temperatura crítica.
Se considera todas estas modificaciones, para lograr un modelo practico de un ciclo de planta depotencia de vapor, estaremos en presencia del Ciclo Rankine, a continuación se realizará una descripción de los componentes del ciclo y el comportamiento termodinámico registrado en el diagrama Ts :
El sistema que funciona (ver figuras 1.2) según este ciclo consta de una caldera, donde el agua (que es el fluido más conveniente por ser abundante y barato) entra a la caldera en 2 como líquido ysale al estado de vapor en 3’. Después de que el vapor saturado sale de la caldera en el estado 3’ pasa a través del sobrecalentador recibiendo energía, incrementado la temperatura del vapor a presión constante hasta el estado 3 (vapor sobrecalentado).
Luego hay una máquina de expansión (turbina) donde el vapor se expande produciendo trabajo, saliendo en el estado 4. A continuación este vapor entra aun aparato de condensación de donde sale como líquido al estado 1. Este a su vez es tomado por una bomba de inyección necesaria para vencer la presión de la caldera, que lo lleva al estado 2 donde ingresa a la caldera.

Análisis Energético del Ciclo Rankine:
Aplicando las ecuaciones de la energía por unidad de masa y régimen estacionario a cada componente por separado se obtiene las expresionesdel calor y el trabajo del ciclo Rankine.


Despreciando las variaciones de energía cinética y potencial, la ecuación queda reducida en:

El trabajo isentrópico de la bomba viene dado por:


El valor de se puede obtener mediante la tabla de agua de liquido comprimido disponible.
Otro método apropiado y con resultados más exacto para el cálculo del trabajo isentrópico en la bomba, consiste enutilizar la ecuación del trabajo en régimen estacionario, dada por:

Siendo el volumen específico del líquido saturado en el estado 1
El calor suministrado por unidad de masa es:


El trabajo isentrópico de la turbina es:




El calor cedido en el condensador es:


Las relaciones del calor y trabajo pueden expresarse también referidas a la unidad de tiempo dado por:
Siendo el flujo másico de vapor queatraviesa el dispositivo
El rendimiento térmico de un ciclo de Rankine ideal puede escribirse entonces como:
El rendimiento térmico también puede expresarse de forma alternativa como:



El balance de energía aplicado al volumen de control situado alrededor del condensador (ver figura 1.3) se reduce a:

EFECTOS DE LA PRESIÓN Y LA TEMPERATURA EN EL CICLO RANKINE
La idea básica detrás de todas lasmodificaciones para incrementar la eficiencia térmica de un ciclo de potencia es la misma; aumentar la temperatura promedio a la que el calor se transfiere al fluido de trabajo de la caldera, o disminuir la temperatura promedio a la que el calor se rechaza del fluido de trabajo en el condensador. En general en un ciclo cualquier modificación que produzca un aumento del área encerrada por el ciclosin modificar la cantidad de energía suministrada Q sum ha de aumentar el rendimiento, puesto que un aumento del área encerrada por el ciclo significa un aumento de Wneto , por lo que necesariamente aumenta η .
Reducción de la presión del condensador:
La reducción de la presión de operación del condensador reduce automáticamente la temperatura del vapor y, en consecuencia, la temperatura a la...