Pract Rankine

ESTUDIO DEL CICLO DE RANKINE
1.

´
INTRODUCCION

El ciclo de Rankine es el ciclo ideal que sirve de base al funcionamiento de las centrales
t´ermicas con turbinas de vapor, las cuales producen actualmente la mayor parte de la energ´ıa
el´ectrica que se consume en el mundo. La evoluci´on de las centrales t´ermicas ha estado condicionada por la b´
usqueda de mejoras en el rendimiento t´ermico delciclo termodin´amico, ya que
incluso peque˜
nas mejoras en el rendimiento significan grandes ahorros en los requerimientos del
combustible. La idea b´asica detr´as de todas las modificaciones para incrementar el rendimiento
de un ciclo de potencia es aumentar la temperatura promedio a la cual el calor se transfiere
al fluido de trabajo en la caldera, o disminuir la temperatura promedio a la cual elfluido de
trabajo cede calor al condensador. Vamos a analizar en esta pr´actica, por medio del programa
inform´atico CYCLEPAD las diferentes maneras de lograr este objetivo con el ciclo de Rankine.

Figura 1: Diagrama T − s del ciclo Rankine

2.
2.1.

ESTUDIO DEL CICLO DE RANKINE SIMPLE
Configuraci´
on inicial

Inicialmente consideraremos en la instalaci´on bombas y turbinas ideales, paraposteriormente
analizar el efecto de las irreversibilidades sobre el funcionamiento de la planta.
Dise˜
ne inicialmente el esquema de la planta con sus componentes: caldera, turbina, bomba
y condensador. Suponer las siguientes caracter´ısticas de trabajo de los dispositivos: Turbina y
bomba son isoentr´opicos; condensador y caldera son isob´aricos.
Comenzaremos por las tres formas de aumentar elrendimiento en un ciclo de Rankine simple.

1

Figura 2: Ciclo de Rankine simple en CYCLEPAD

2.2.

Reducci´
on de la presi´
on en el condensador

El vapor existe como mezcla saturada en el condensador a la temperatura de saturaci´on correspondiente a la presi´on dentro del condensador. Por consiguiente, la reducci´on de la presi´on
de operaci´on del condensador reduce autom´aticamente la temperatura delvapor y, en consecuencia, la temperatura a la cual cede el calor de desecho. L´ogicamente existe un l´ımite inferior
en la presi´on del condensador que puede usarse: no puede ser inferior a la presi´on de saturaci´on
correspondiente a la temperatura del medio refrigerativo.
Para estudiar la influencia de la presi´on del condensador en el rendimiento del ciclo de
Rankine, vamos a variar lapresi´on de entrada al condensador desde 0.1 bar hasta 1.0 bar, en
intervalos de 0.1 bar, dejando fijo los valores de entrada a la turbina seg´
un la siguiente tabla:
Grupo
T (o C)
p (bar)

1
460
150

2
480
145

3
500
140

4
520
135

5
540
130

6
560
125

7
580
120

8
440
155

9
420
160

10
410
165

1. Elaborar una tabla con los valores de la presi´on en el condensador, el rendimiento t´ermico
y elt´ıtulo de vapor a la salida de la turbina.
2. Represente el rendimiento t´ermico del ciclo frente a la presi´on en el condensador. ¿Qu´e mejora del rendimiento se ha obtenido? ¿A qu´e temperatura sale el vapor de la turbina en el
caso ´optimo?
3. Suponiendo que la temperatura de un r´ıo disponible donde verter el calor de desecho es
de 10 o C ¿Cu´al es la presi´on m´ınima con la que se podr´ıa operar enel condensador?
4. Represente la calidad del vapor a la salida de la turbina frente a la presi´on en el condensador. ¿Qu´e efecto tiene la reducci´on de la presi´on en el condensador sobre la calidad del
vapor a la salida de la turbina? ¿Es un efecto deseable o indeseable?

2.3.

Sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas

El sobrecalentamiento del vapor hasta altas temperaturas aumenta elrendimiento t´ermico del
ciclo al aumentar la temperatura promedio a la que se proporciona el calor. El sobrecalentamiento
del vapor est´a limitado hasta un m´aximo de 620 o C por consideraciones metal´
urgicas, es decir,
por la capacidad de los materiales para soportar altas temperaturas.

2

En este apartado analizaremos el ciclo de Rankine al variar la tempeartura de entrada a la
turbina...