Introducción a la termodinámica

Ciclos de Vapor 369

CAPITULO 9 CICLOS DE VAPOR
9.1 Introducción
Desde el punto de vista de la tecnología de la energía el mundo no cambió mucho desde la invención de la rueda hasta el siglo XII, en que se comenzó a usar la rueda hidráulica. Esta es la primera innovación que ofrece una alternativa al trabajo animal o humano desde el comienzo de la historia. Pero la dependencia de corrientesde agua (excepto en Holanda, donde se usó la fuerza del viento) limitó la influencia social de este avance técnico. A fines del siglo XVIII aparece en Inglaterra la máquina de vapor, que surge de la necesidad de obtener fuerza motriz para las bombas de desagote de pozos de minas de carbón. No pasa mucho tiempo hasta que su aplicación se generaliza haciendo posibles una serie de cambios económicosde gran impacto social que, junto con las convulsiones y guerras causadas por la revolución francesa, producen modificaciones enormes y rápidas en la fisonomía política y social del mundo cuyas consecuencias son una de las causas de nuestra emancipación de España. En 1814 Stephenson, ingeniero autodidacto, construye la primera locomotora; en 1826 se tiende la primer vía férrea en Inglaterra(velocidad: 10 Km/hr). En 1830 en todo el mundo hay 330 Km de vías, y en 1870 (¡solo cuarenta años mas tarde!) hay 200000 Km. En 1807 Fulton en USA navega en el primer barco a vapor (propulsado a rueda puesto que la hélice no se comenzó a usar hasta mucho mas tarde) y en 1819 cruzó el Atlántico el primer barco a vapor (aunque fue un viaje accidentado pues se les acabó el carbón y hubo que finalizar avela). El inmenso aumento de productividad traído por el vapor, junto con la baja concomitante de precios de productos elaborados en forma masiva, trajo como consecuencia la ruina de las antiguas clases artesanales que al formar un sustrato social enorme, desprotegido y miserable, suministraba mano de obra barata a los países europeos que facilitó la concentración de capital capaz de financiar laexpansión colonialista de mediados de siglo XIX, así como el aceleradísimo proceso de industrialización que transformó a Europa y al mundo en esa época. Todo cambiaba vertiginosamente. La gente tenía la sensación de que todo era posible. Es el siglo del ingeniero mecánico y de los nacientes ingenieros electricistas y químicos. Este proceso se comienza a frenar a partir de 1890 y hoy podemos decir queen lo sustancial esos 50 años que van desde 1800 a 1850 produjeron otro mundo; en gran medida, nuestro mundo. En esta unidad vamos a estudiar los sistemas de generación de potencia por medio del vapor, que siguen siendo los responsables de mas de la mitad de la energía eléctrica que se produce en el mundo. Pocas industrias no disponen de generación de vapor propio ya sea para energía eléctrica ocalentamiento. Cuando se emplea vapor para calentamiento y para generar energía el sistema suele ser bastante complejo.

9.2 Ciclo de Rankine ideal

El sistema que funciona según este ciclo consta de una caldera, donde el agua (que es el fluido mas conveniente por ser abundante y barato) entra a la caldera en b como líquido y sale al estado de vapor en d. Luego hay una máquina de expansión(turbina) donde el vapor se expande produciendo trabajo, saliendo en el estado e. A continuación este vapor entra a un aparato de condensación de donde sale como líquido al estado a. Este a su vez es tomado por una bomba de inyección necesaria para vencer la presión de la caldera, que lo lleva al estado b donde ingresa a la caldera.

Introducción a la Termodinámica – Jorge A. Rodriguez

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En las diversas ilustraciones que usamos en este capítulo se exagera la etapa de bombeo a→b como se observa en el diagrama h-S o de Mollier (figura 3) pero en la práctica sería prácticamente indistinguible de la curva de líquido saturado en cualquier diagrama. El proceso de condensación es necesario para poder inyectar el agua como líquido en la caldera, porque bombear un líquido...