CILO RANKINE DEFINICION Y MODIFICACIONES

CICLO RANKINE
DE POTENCIA
MEDIANTE VAPOR
OBJETIVO:
 Analizar ciclos de Potencia de vapor en los
cuales el fluido de trabajo se evapora y condensa
alternadamente.
 Analizar el ciclo básico de potencia de vapor
Rankine para incrementar la eficiencia térmica del
ciclo.

INTRODUCCIÓN
La mayoría de las centrales generadoras de
electricidad son variaciones de ciclos de
potencia de vapor en los queel agua es el
fluido de trabajo. En la figura 1 se muestra
esquemáticamente los componentes básicos
de una central térmica de vapor simplificada.
El vapor es el fluido de trabajo usado más
comúnmente en ciclos de potencia de vapor
debidas a las muchas y atractivas
características,
como
bajo
costo,
disponibilidad y alta entalpia de vaporización.

Ciclo Rankine de Potencia
Todos los fundamentosnecesarios para el
análisis termodinámico de los sistemas de
generación de energía eléctrica, como el
principio de conservación de la masa y de
la energía, el segundo principio de la
termodinámica y la determinación de
propiedades termodinámicas.

Ciclo Rankine de potencia


Estos principios
pueden aplicarse a
los componentes
individuales de una
planta tales como
Turbina, bombas,
intercambiadoresde
calor, así como al
conjunto de la central
eléctrica por
complicada que sea.

El ciclo Rankine ideal
El fluido de trabajo sufre la siguiente serie
de procesos internamente reversibles:

El ciclo Rankine ideal
Proceso 1-2: expansión isentrópica
del fluido de trabajo a través de la
turbina desde vapor saturado en el
estado 1 hasta la presión del
condensador.
Proceso 2-3: Transferencia de calordesde el fluido de trabajo cuando
fluye a presión constante por el
condensador, siendo líquido en el
estado 3.

El ciclo Rankine ideal
Proceso 3-4: Compresión
isentrópica en la bomba hasta
el estado 4 dentro de la zona
de líquido.
Proceso 4-1: Transferencia de
calor hacia el fluido de trabajo
cuando circula a presión
constante a través de la
caldera, completándose el
ciclo.

Principalesirreversibilidades
Turbina . La principal irreversibilidad que experimenta el
fluido de trabajo está asociada con la expansión en la
turbina. El calor transferido al ambiente por la turbina
representa una perdida, la expansión real a través de
la turbina va acompañada de un incremento de
entropía.
El rendimiento de la turbina relaciona el trabajo real con
el trabajo isentrópico.

T 

h1  h2
h1  h2 sPrincipales irreversibilidades
Bomba. El trabajo requerido para la bomba, para vencer
los efectos del rozamiento, también reduce el trabajo
neto producido por la planta.
El rendimiento isentrópico de la bomba toma en cuenta
el efecto de las irreversibilidades dentro de la bomba
relacionando las cantidades de trabajo real e
isentrópico.

h4 S  h3
B 
h4  h3

Diagrama temperaturaentropía
quemuestra los efectos de
las
irreversibilidades en la
turbina y bomba

El ciclo con sobrecalentamiento
El rendimiento del ciclo
Rankine ideal se puede
aumentar utilizando una
zona de
sobrecalentamiento. Este
proceso eleva la
temperatura media a la
que el ciclo recibe calor,
aumentando
teóricamente el
rendimiento.

El ciclo Rankine ideal con
recalentamiento
Una segunda modificación que se empleanormalmente en centrales térmicas de
vapor es el recalentamiento. Con
recalentamiento una central térmica
puede beneficiarse del mayor rendimiento
que resulta de una presión de caldera
mas alta y también evitar el vapor de bajo
título a la salida de la turbina.

Ejemplo
En un ciclo Rankine con sobrecalentamiento y
recalentamiento se utiliza vapor de agua como
fluido de trabajo. El vapor entra en laprimera
etapa de la turbina a 8,0 MPa, 480 ºC y se
expande hasta 0,7 MPa. Este se recalienta
entonces hasta 440 ºC antes de entrar en la
segunda etapa de la Turbina, donde se expande
hasta la presión del condensador de 0,008 MPa.
La potencia neta obtenida es 100 MW.
Determinese:
(a) El rendimiento térmico del ciclo.
(b) El flujo másico de vapor, en kg/h.
(c) El flujo de calor Qs cedido por el...