Libro Termodinamica Cap 12 Ciclo Rankine Hadzich

Termodinámica para ingenieros PUCP

Cap. 12

Ciclo Rankine
INTRODUCCIÓN

Ahora entramos en la parte práctica del curso, empezaremos a conocer las Centrales Térmicas a Vapor que
utilizan como combustible carbón, leña, petròleo, biogas o cualquier otro combustible para quemar. Los gases
de combustiòn no se juntaràn con el vapor por eso podemos usar cualquier combustible. El portador de energíapuede ser Sodio, Potasio, Mercurio, etc, pero el principal será el H2O, por sus condiciones de temperatura
máxima y mínima, su facilidad de encontralo, su precio y su seguridad. Este equipo fue la primera máquina
termodinámica que dió inicio a la relaciòn entre Calor y Trabajo, posteriormente vinieron todas las demàs.
Thomas Newcomen inventó la màquina de vapor en 1712. Actualmente es una de las màsbaratas y su uso
continùa expandièndose.

Ciclo Rankine 12 - Pág. 1

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ESQUEMA DE UNA PLANTA TÈRMICA A VAPOR

12.1 CICLO RANKINE

Caldera

(Centrales Térmicas a vapor)

Consideraciones:
- Proceso FEES – Estacionario.
- EK = 0; EP = 0

Turbina

Procesos:
1-2: Bomba de Líquido (s = c)
2-3: Calentamiento (vaporización a P = c)

Bomba
Condensa-

3-4:Expansión adiabática (s = c).
4-1: Condensación a P = c.

η st

Rendimiento del ciclo:

η th =
η th =
η th =

∑W
Qsum

=

∑W + ∑W
t

V

Qsum

W t ( 3 − 4 ) − W t (1 − 2 )
W bomba + W turbina
=
Qsum
Q23
Q23 − Q41
Q23

=1−

Q41
Q23

<1

Este ciclo usa vapor
de agua como sustancia pura, usaremos
Tablas de Vapor y
diagramas
T-s y h -s

Comprarse el CD - Cómo funcionan las cosas ?
Ciclo Rankine - Pág.2

Ciclo Rankine 12 - Pág. 3

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Dónde se utiliza este Ciclo de Vapor ?

Màquina de Vapor, 1838

CICLO RANKINE IDEAL

Qué pasaría si no existiera el condensador ?

Primera locomotora de vapor del mundo,
construìda en 1804.

Barco de Vapor

Locomotora de vapor, 1866

Diga el nombre de cada una de
las partes

Motocicleta a vapor, 1889

Ciclo Rankine -Pág. 4

Ciclo Rankine 12 - Pág. 5

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DIAGRAMA T - s CICLO RANKINE REAL

12.2 Diagrama h . s - Mollier

Por qué existen caídas de
presión en las calderas y
condensadores ?

Por qué la turbina es
irreversible ?

Ciclo Rankine - Pág. 6

Ciclo Rankine 12 - Pág. 7

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Bombas Centrífugas

12.3 Bombas
-Aproximadamente adiabática.
2

2

q 2 − q1




= 0 , adiabático

= ( u 2 − u1 ) +

=0

∫

Pdv = ( h2 − h1 ) −

1 


∫

vdP

1

=0

2

( h2 − h1 ) −

∫ vdP

Las bombas sirven para
dar el flujo de masa m
, y elevar la presión en
líquidos !!

todas las bombas
se calculan con
la misma formula
anterior, solo
cambiaran las
propiedades del
liquido

= 0

1

v 2 = v 1 = v 1f
2

( h2 − h1 ) =Asumir líquido incompresible a la entrada de la
bomba.

∫ vdP

= v 1f ( P2 − P1 ) = w t (1 − 2 )

1

h2 = h1 + v 1f ( P2 − P1 )
w t (1 − 2 ) = h2 − h1
Rendimiento isoentrópico de
la bomba (si te dan como dato)
nsb = vf1 (P2 - P1)/ Wt 12

h2 = h1 + v f1 × (P 2 - P1 )

Bombas Centrìfugas en serie y paralelo.
Lab. Energìa PUCP

Bomba de Pistòn
Lab. Energìa PUCP

Ciclo Rankine - Pág. 8

Ciclo Rankine12 - Pág. 9

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12.4 Calderas
Caldera:
3

3

q3 − q2 = ( u3 − u2 ) +

=0

∫ Pdv

= ( h3 − h2 ) −

2 

=0

∫ vdP

2 


= 0 , isobárica

q ( 2 − 3 ) = h3 − h2

Rendimiento de la Caldera

Cómo calcularías el rendimiento de tu
cocina a gas ?

Por qué no puedes tener tu bomba en tu
departamento del piso 10 ?
Hasta qué piso podrá bombear ?Por qué el motor está arriba
?

Caldera Pirotubular
Central Tèrmica a Vapor
Lab. Energìa PUCP

Ciclo Rankine - Pág. 10

Ciclo Rankine 12 - Pág. 11

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Cuál es la diferencia entre una Central
Nuclear y una Central Térmica ?

Qué tipo de Calderas son las que se muestran arriba ?
Nombre las partes y diga qué tipo de Central son____________

Caldera...