estudiante


1.1. El ciclo de Carnot de Vapor.
El ciclo ideal de Carnot se usa como modelo con el que comparar todos los ciclos reales y los otros ciclos ideales. El rendimiento del ciclo de Carnot es el máximo posible de cualquier ciclo de potencia y viene dado por:



Preste atención que el rendimiento aumenta al aumentar la temperatura alta TH a la que se suministra el calor o al disminuir latemperatura baja TL a la que se cede el calor. Se observa que esto persiste en los ciclos reales: el rendimiento del ciclo puede maximizarse utilizando la temperatura máxima posible y la temperatura mínima posible. En la figura 1a se puede observar uno de los diagramas de equipos que puede ejecutar el ciclo de Carnot de vapor y en la figura 1b el diagrama T-s correspondiente.

1.1.1. Dificultadespara ejecutar el ciclo de Carnot de vapor
Es posible que el rendimiento de cualquier ciclo práctico sea igual que el del ciclo de Carnot de vapor si aquel se diseña para funcionar como se muestra en la figura 5b. Sin embargo, esto presentaría barreras para la operación de los equipos, las cuales se enumeran de la siguiente forma:
1) Se tendría que tener una bomba que trabaje con una mezcla delíquido y vapor en el estado 4 (figura 5b), tarea de mayor dificultad y mayor consumo de trabajo que la de bombear sólo líquido.
2) La condensación de pequeñas gotas de líquido en la turbina (estado 3) originaría serios daños.

5.2. El ciclo de Rankine
A continuación se considera un ciclo de potencia práctico que se utiliza para generar potencia eléctrica industrial, esto es, un ciclo depotencia que funciona de manera que el fluido de trabajo cambia de fase de líquido a vapor. Es el ciclo de vapor más simple y se conoce como ciclo Rankine; se muestra de forma esquemática en la figura 2.



























Fig. 1a. Esquema de equipos de régimen permanente flujo estable, uno de los cuales puede ejecutar el ciclo de Carnot de vapor. Fig. 1b.Diagrama T-s del ciclo.

La Principal característica del ciclo Rankine es que para comprimir el agua a la presión alta de la caldera, la bomba consume una potencia muy pequeña. Uno de los Posibles inconvenientes es que el proceso de expansión en la turbina por lo general termina en la región bifásica, originándose la formación de
pequeñas gotas de líquido que pueden dañar los álabes de la turbina.Este es el ciclo bajo el cual funcionan las plantas de vapor reales.
El ciclo de Rankine ideal es solo internamente reversible (o cuasi estático) en el que se desprecian las perdidas en cada uno de los cuatro procesos que lo componen. Las perdidas generalmente son muy pequeñas y se van a despreciar en los análisis iniciales. El ciclo Rankine se compone de los cuatro procesos ideales mostrados enel diagrama T-s de la figura 3:
1 → 2: Compresión isoentrópica en una bomba
2 → 3: Suministro de calor a presión constante en una caldera.
3 → 4: Expansión isoentrópica en una turbina
4 → 1: Cesión de calor a presión constante en un condensador














Fig. 2. Esquema de equipos de régimen permanente flujo estable del ciclo de Rankine simple.Fig. 3. Diagrama T-s del ciclo idealizado según el esquema.

1.2.1. Funcionamiento del ciclo de Rankine ideal.
El agua entra a la bomba en el estado 1 como líquido saturado y se comprime isentrópicamente hasta la presión de operación de la caldera. El agua entra a la caldera (o generador de vapor) como líquido comprimido en el estado 2 y sale como vapor sobrecalentado en el estado 3. Lacaldera es básicamente un gran intercambiador de calor donde el calor que se origina en los gases de combustión, reactores nucleares u otras fuentes, se transfiere al agua esencialmente a presión constante. La caldera, con la sección (sobrecalentador) donde el vapor se sobrecalienta, recibe el nombre de generador de vapor. El vapor sobrecalentado en el estado 3 entra a la turbina donde se expande...