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CICLO DE POTENCIA DE VAPOR (CICLO RANKINE)

Proceso 1-2: Compresión adiabática (isoentrópica) del agua en una bomba.
Proceso 2-3: Adición de calor, a presión constante, en una caldera.
Proceso3-4: Expansión adiabática (isoentrópica) en una turbina.
Proceso 4-1: Rechazo de calor, a presión constante, en un condensador.
El agua entra a la bomba en el Estado 1 como líquido saturado y se leaplica una
compresión isoentrópica (adiabática) hasta la presión de operación de la caldera. La
temperatura del agua aumenta un poco durante el proceso de compresión.

Luego, el agua entra a lacaldera como un líquido comprimido en el Estado 2 y sale
como vapor sobrecalentado en el Estado 3. La Caldera es un gran intercambiador de calor
donde el calor se origina por combustión (generador devapor).
El vapor sobrecalentado en el Estado 3 entra a la turbina donde se expande
isoentrópicamente y produce trabajo al hacer girar el eje conectado a un generador
eléctrico. La presión ytemperatura del vapor disminuyen durante este proceso hasta los
valores en el Estado 4, donde el vapor entra al condensador. En este estado es una mezcla
líquido-vapor con x → 1 . El vapor se condensa apresión constante y rechaza calor qs
hacia el medio de enfriamiento (atmósfera). El vapor abandona el condensador como
líquido saturado y entra a la bomba. Se cierra el ciclo.
Recuerde que el áreadebajo de la curva 2-3 es igual al calor qen y por debajo del
proceso 4-1 es el qs ; la diferencia entre ellos, es el trabajo neto producido.

Análisis energético del ciclo
Se desprecian cambios deEp y Ec.
Balance de energía para cada equipo:
Bomba:
0 = +WB + h1 − h2

WB = h2 − h1

WB = (u 2 + P2 ⋅ v 2 ) − (u1 + P1 ⋅ v1 )
WB = (u 2 − u1 ) + v ⋅ ( P2 − P1 )

Como (u 2 − u1 ) = 0 y v2 =v1 = v;

WB = v1 ⋅ ( P2 − P1 )

Caldera:

0 = + q gen + h2 − h3

q gen = h3 − h2

Turbina:

0 = −WT + h3 − h4

WT = h3 − h4

Condensador:

0 = − q s + h4 − h1

q s = h4 − h1

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