Termodinamica
Páginas: 6 (1328 palabras)
Publicado: 26 de junio de 2012
CICLO RANKINE IDEAL
Introducción teórica
El ciclo Rankine es una modificación del ciclo Carnot, esto con el fin de mejorar el sistema térmico corrigiendo los problemas que este produce, entre estas modificaciones están:
* Primero en el proceso 4-1 se lleva a cabo de manera que el vapor húmedo expandido en la turbina se condense por completo, hasta el estado liquido saturado a la presiónde la salida de la turbina.
* Proceso de compresión 1-2 se realiza ahora mediante una bomba de líquido, que eleva isoentrópicamente la presión del líquido que sale del condensador hasta la presión deseada para el proceso 2-3.
* Durante el proceso 2-3 se sobrecalienta el fluido hasta una temperatura que es con frecuencia superior a la temperatura crítica.
Se considera todas estasmodificaciones, para lograr un modelo practico de un ciclo de planta de potencia de vapor, estaremos en presencia del Ciclo Rankine, a continuación se realizará una descripción de los componentes del ciclo y el comportamiento termodinámico registrado en el diagrama T-S:
Figura 1. Diagrama de propiedades T-S del ciclo Rankine ideal simple.
Figura 2. Diagrama del ciclo Rankine ideal simple.
Elsistema que funciona según este ciclo consta de una caldera, donde el agua (generalmente el fluido mas utilizado por su abundancia y bajo costo) entra a la caldera como liquida y sale de esta en estado vapor.
Después que el vapor saturado sale de caldera pasa a través de un sobrecalentador recibiendo energía, incrementando la temperatura del vapor a presión constante hasta llegar a vaporsobrecalentado.
Luego hay una maquina de expansión o turbina, donde el vapor se expande produciendo trabajo. A continuación este vapor entra a un aparato de condensación de donde sale como liquido. Este a su vez es tomado por una bomba de inyección necesaria para vencer la presión de la caldera, lo cual lo lleva a ingresar a la caldera nuevamente.
Aplicando las ecuaciones de energía por unidad de más,y asumiendo un régimen estacionario para cada componente por separado se obtiene las expresiones del calor y el trabajo del ciclo Rankine:
q + w = Δh + Δec + Δep
Despreciando las variaciones de energía cinética y energía potencial, la ecuación queda reducida a:
q + w = hsal – hent
El trabajo isentrópico de la bomba viene dado por:
wBomba = h2 − h1 , s1 = s2
El valor de h2 sepuede obtener mediante la tabla de agua de líquido comprimido disponible.
Otro método apropiado y con resultados más exacto para el cálculo del trabajo isentrópico en la bomba, consiste en utilizar la ecuación del trabajo en régimen estacionario, dada por:
west =∫v dP, wB,ent = vf,1 (P2 – P1), s1 = s2
Siendo vf,1 el volumen especifico del líquido saturado en el estado 1
El calorsuministrado por unidad de masa es:
qsum = q2−q3 = h3 − h2 , P3 = P2
El trabajo isentrópico de la turbina es:
wT ,sal = h3 − h4 , s3 = s4
El calor cedido en el condensador es:
qcond ,ced = h4 − h1 , P4 = P1
Las relaciones del calor y trabajo pueden expresarse también referidas a la unidad de tiempo dado por:
Q= mq , W= m w , w= wturbina - wbomba
Siendo m el flujo másico de vapor queatraviesa el dispositivo.
Eficiencia del ciclo.
El rendimiento térmico de un ciclo Rankine ideal puede escribirse entonces como:
ηT= wT,sal-wB,entqent= h3-h4-vf,1(P2-P1)h3-h2
La eficiencia térmica también puede expresarse de forma alternativa como:
ηT= 1- qsalqent=1- h4-h1h3- h2
Aplicaciones del ciclo Rankine ideal
Centrales Termoeléctricas con Caldera a Carbón Pulverizado.El vapor a alta presión y temperatura proveniente de la caldera es conducido a la turbina, donde se hace pasar haciendo girar los álabes. A su vez, el eje al que están conectados los álabes mueve al generador eléctrico, mientras el vapor que ha pasado se expande perdiendo temperatura y presión.
Desde el generador, la electricidad obtenida es llevada a los transformadores, para luego ser...
Introducción teórica
El ciclo Rankine es una modificación del ciclo Carnot, esto con el fin de mejorar el sistema térmico corrigiendo los problemas que este produce, entre estas modificaciones están:
* Primero en el proceso 4-1 se lleva a cabo de manera que el vapor húmedo expandido en la turbina se condense por completo, hasta el estado liquido saturado a la presiónde la salida de la turbina.
* Proceso de compresión 1-2 se realiza ahora mediante una bomba de líquido, que eleva isoentrópicamente la presión del líquido que sale del condensador hasta la presión deseada para el proceso 2-3.
* Durante el proceso 2-3 se sobrecalienta el fluido hasta una temperatura que es con frecuencia superior a la temperatura crítica.
Se considera todas estasmodificaciones, para lograr un modelo practico de un ciclo de planta de potencia de vapor, estaremos en presencia del Ciclo Rankine, a continuación se realizará una descripción de los componentes del ciclo y el comportamiento termodinámico registrado en el diagrama T-S:
Figura 1. Diagrama de propiedades T-S del ciclo Rankine ideal simple.
Figura 2. Diagrama del ciclo Rankine ideal simple.
Elsistema que funciona según este ciclo consta de una caldera, donde el agua (generalmente el fluido mas utilizado por su abundancia y bajo costo) entra a la caldera como liquida y sale de esta en estado vapor.
Después que el vapor saturado sale de caldera pasa a través de un sobrecalentador recibiendo energía, incrementando la temperatura del vapor a presión constante hasta llegar a vaporsobrecalentado.
Luego hay una maquina de expansión o turbina, donde el vapor se expande produciendo trabajo. A continuación este vapor entra a un aparato de condensación de donde sale como liquido. Este a su vez es tomado por una bomba de inyección necesaria para vencer la presión de la caldera, lo cual lo lleva a ingresar a la caldera nuevamente.
Aplicando las ecuaciones de energía por unidad de más,y asumiendo un régimen estacionario para cada componente por separado se obtiene las expresiones del calor y el trabajo del ciclo Rankine:
q + w = Δh + Δec + Δep
Despreciando las variaciones de energía cinética y energía potencial, la ecuación queda reducida a:
q + w = hsal – hent
El trabajo isentrópico de la bomba viene dado por:
wBomba = h2 − h1 , s1 = s2
El valor de h2 sepuede obtener mediante la tabla de agua de líquido comprimido disponible.
Otro método apropiado y con resultados más exacto para el cálculo del trabajo isentrópico en la bomba, consiste en utilizar la ecuación del trabajo en régimen estacionario, dada por:
west =∫v dP, wB,ent = vf,1 (P2 – P1), s1 = s2
Siendo vf,1 el volumen especifico del líquido saturado en el estado 1
El calorsuministrado por unidad de masa es:
qsum = q2−q3 = h3 − h2 , P3 = P2
El trabajo isentrópico de la turbina es:
wT ,sal = h3 − h4 , s3 = s4
El calor cedido en el condensador es:
qcond ,ced = h4 − h1 , P4 = P1
Las relaciones del calor y trabajo pueden expresarse también referidas a la unidad de tiempo dado por:
Q= mq , W= m w , w= wturbina - wbomba
Siendo m el flujo másico de vapor queatraviesa el dispositivo.
Eficiencia del ciclo.
El rendimiento térmico de un ciclo Rankine ideal puede escribirse entonces como:
ηT= wT,sal-wB,entqent= h3-h4-vf,1(P2-P1)h3-h2
La eficiencia térmica también puede expresarse de forma alternativa como:
ηT= 1- qsalqent=1- h4-h1h3- h2
Aplicaciones del ciclo Rankine ideal
Centrales Termoeléctricas con Caldera a Carbón Pulverizado.El vapor a alta presión y temperatura proveniente de la caldera es conducido a la turbina, donde se hace pasar haciendo girar los álabes. A su vez, el eje al que están conectados los álabes mueve al generador eléctrico, mientras el vapor que ha pasado se expande perdiendo temperatura y presión.
Desde el generador, la electricidad obtenida es llevada a los transformadores, para luego ser...
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