potencia y refigeracion

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CICLOS DE POTENCIA
Y REFRIGERACIÓN
“El primer paso a la sabiduría es saber que somos ignorantes”
Sócrates

Ciclos
Como se discutió en la introducción, la termodinámica surge con la intención de
comprender el funcionamiento de las máquinas de vapor. Es natural pues, incluir este tema
en cualquier tratado de termodinámica. Hoy, aun cuando la termodinámica tiene un
espectro de acciónmás amplio, una de las áreas de mayor interés sigue correspondiendo a
la conversión de calor en trabajo útil. El objetivo de este capítulo es discutir en detalle la
aplicación y el funcionamiento de ciclos de producción de potencia y los de refrigeración,
que resultan similares en principio. Los sistemas estudiados en este capítulo se caracterizan
por el hecho de que el fluido de trabajo secondensa y evapora en alguna parte del ciclo. El
hecho que hoy en día la mayor parte de la electricidad consumida proviene indirectamente
de la quema de hidrocarburos o a través de reacciones nucleares controladas1, hacen que el
interés por estos ciclos no decaiga. De igual manera, los problemas ecológicos
provenientes del uso irracional de refrigerantes halogenados hace necesario revisar losciclos de refrigeración que utilizamos.
Ante la inquietud de producir trabajo de manera eficiente, se podría sugerir usar el ciclo
más eficiente ( y más sencillo ) que hemos estudiado, el ciclo de Carnot. Recordando, el
ciclo de Carnot es un ciclo ideal reversible que consta de cuatro etapas. Si deseáramos
utilizar una máquina que opere bajo condiciones prácticas se debe cumplir como mínimolas siguientes limitaciones de orden práctico:
(a) Las bombas deben operar en lo posible con una sola fase. Es fácil
imaginar las dificultades que encontraría el transporte por bombas de un
líquido con una suspensión de sólidos. De manera análoga, es dificil
construir una bomba que permita utilizar mezclas de líquido y vapor.
Por lo general las bombas operarán con líquidos.
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Las quema dehidrocarburos y las reacciones nucleares se utilizan para generar vapor a alta temperatura y
presión, que luego es utilizado para accionar una(s) turbinas(s) produciendo trabajo mecanico que se puede
convertir en electricidad.

Ciclos de potencia

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(b) Las turbinas de vapor deben operar con un mínimo de humedad, pues
las gotas de agua condensada producen una erosión indeseada en losálabes de las mismas. Por norma general se desea que la calidad dentro
de una turbina nunca baje del 90%.
(c) Los equipos de suministro y retiro de calor más sencillos de construir
operan bajo condiciones isobáricas. Otras condiciones (isotérmicas,
isocóricas, etc. ) presentan serias limitaciones técnicas.
Es fácil observar que si quisieramos usar un ciclo de Carnot deberíamos usar unasustancia
que estuviese cerca de sus condiciones de saturación, de modo que los procesos de
suministro y retiro de calor se lleven a cabo de manera isotérmica (según el proceso de
Carnot) y además de manera isobárica (para cumplir con la limitación técnica (c) ). Sin
embargo, el proceso 4-1 sería incompatible con la limitación (a) pues la bomba tendría que
manejar una mezcla bifásica. Además, delgráfico se observa que, al quedar el estado 3 en
una región de dos fases el proceso 2-3 sería incompatible con la limitación (b).

Una posibilidad que cumpliría con las limitaciones (a) y (b) sería la siguiente. Sin embargo
el suministro de calor (proceso 1-2) no será isobárico.

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Termodinámica Básica

Un ciclo que se asemeje lo más posible al ciclo de Carnot y que cumpla con losrequisitos
técnicos sería el mismo anterior pero usando un calentamiento isobárico durante el proceso
1-2.

Ciclo de Rankine
El ciclo descrito anteriormente es uno de los más sencillos y más utilizados para producir
trabajo utilizando un sistema cerrado. Fue sugerido en los 1850 por el físico e ingeniero
escosés W. Rankine y de allí se deriva su nombre.
William J.M. Rankine estudió...