CICLO CARNOT,RANKINE

CICLO DE CARNOT: utiliza la energia interna del fluido para generar potencia, genera calor y se convierte en trabajo

1-2 se expande isotérmicamente (caldera)

• se absorbe calor de manera isotérmica
• se calienta de manera reversible
• la temperatura no cambia
• aumenta el volumen
•         calor que se absorbe[pic 1]
• El vapor entra como liquido saturado y al recibir calor debe vaporizarse para llegar al estado 2 de manera isotérmica y asi se acerque a un proceso reversible
• En la vida real el agua para evaporarse tiene un temperatura muy alta, superan los 100°C . No se puede evaporar el líquido para que llegue a vapor saturado, pasa la temperatura de vapor saturado.

2-3 se expande isentrópicamente (turbina)

• Expansión adiabática
• Adiabática + reversible= isentropico
• Caída de temperatura, sin transferencia de calor el gas sigue expandiéndose
• Misma S (supuestamente)
• Cae la presion
• En la vida real hay una entropía y el enfriamiento del vapor puede llegar a más o menos temperatura que la deseada.

3-4 cesión o rechazo de calor de manera isotérmica (condensador)

• Reducir el volumen
• Temperatura no cambia
• Se condensa reversible e isotérmicamente
• En la vida real si tengo un vapor con cierta calidad al condensarlo el vapor llegara a liquido saturado (no queremos), lo que necesitamos es que llegue como mezcla

4-1 compresión isentropica (adiabática+ reversible) (Compresor)

• Hasta el estado inicial
• Misma S
• Aumenta la presion
• No se puede usar ni bomba ni compresor pq no trabajan con mezcla.

El ciclo de Carnot puede llevarse a cabo con un gas ideal, pero en este caso, el vapor de agua no es considerado un gas ideal, ya que es la vaporización de un líquido.

SITUACIONES IMPRÁCTICAS

1. La transferencia de isotérmica de calor limita la temperatura máxima que puede usarse en el ciclo (debajo del pto. critico), tambien limita la eficiencia térmica. Cualquier intento por elevar la temperatura máxima implica transferencia de calor. (1-2; 3-4)
2. En el proceso de expansión isentropica (2-3) la calidad de vapor disminuye, la turbina debe manejar vapor con baja calidad (alto contenido de humedad), las gotas liquidas de los alabes de la turbina produce erosión lo que genera desgaste
3. (4-1) compresión de mezcla hasta liquido saturado. No es facil controlar la condensación de manera tan precisa para obtener la calidad. No es practico diseñar compresor de dos fases(mezcla)

OTRAS FORMAS PARA REALIZAR EL CICLO DE CARNOT

1-2 que pase como vsc (fluido supercrítico) lo que genera muchos costos y requiere gasto importante de potencia. Este ciclo presenta problemas como: compresión isentropica a presiones muy altas, y transferencia isotérmica a presiones variables.

CICLO RANKINE IDEAL PARA LOS CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR: un proceso más realista, pero tbn ideal, no incluye irreversibilidad interna. Para eliminar aspectos imprácticos del ciclo de Carnot: VSC EN LA CALDERA(1-2) Y CONDENSADO COMPLETAMENTE EN EL CONDENSADOR(3-4)

1-2 compresión isentropica en una bomba, W bomba. Bomba no debe calentarse pq sino los alabes estan friccionando

• Necesitamos aumentar la energia de un fluido para eso se usa la bomba para que tenga mucha temperatura y presion luego se lleva al caldero. Se aumenta presion hasta la de la caldera
• El agua entra a la bomba como liquido saturado  
• Necesita trabajo de la bomba para que se condense isentropicamente , comprimirse
• Sin transferencia de calor
• Adiabático
• No hay cambio de entropía
• Temperatura aumenta un poco
• Ligera disminución del volumen especifico

2-3 adición de calor a presion constante en una caldera, Q caldera. PRESION MAS ALTA= CALDRO

• Entra como liquido sub enfriado (liquido comprimido) y sale como vsc
• Presion constante
• Primero se aumenta la temperatura para el cambio de fase, pero luego se mantiene constante hasta que se evapore completamente
• El sistema absorbe calor  
• La caldera funciona como un intercambiador de calor que es originado de otras fuentes y transferidos al agua
• Caldera+ sobrecalentador = generador de vapor

3-4 expansión isentropica en una turbina, W turbina

• Caída de presion pq la energia del fluido se convierte en potencia
• En el estado 4 tendrá menos presion y menos temperatura
• Si funcionara de manera isentropica sería muy eficiente pero el calor deberia ser sin fricción y la turbina no debe disipar calor. Deber ser turbina adiabática y reversible para que sea ideal
• No hay cambio de entropía
• Se produce trabajo         

• Acaba como mezcla en el ideal 
• Depende mucho si cae dentro o fuera de la campana, o sea si es mezcla o no, depende cuanto se calentó en el punto 3. Si se calentó de más cae fuera de la campana en el 4

4-1 rechazo de calor a presion constante en un condensador, Q condensador. PRESION MAS BAJA= CONDENSAOR

• Para poder condensar el vapor se necesita un intercambiador de calor para que la mezcla llegue a liquido saturada
• Produce calor, rechaza calor
• Presion contante
• Sale como liquido saturado
• En el estado 4 es un vapor húmedo con alta calidad por lo general
• Ingresa nuevamente a la bomba

ANALISIS TERMODINAMICO DE LOS DISPOSITIVOS DEL CICLO DE RANKINE IDEAL

• Consideramos que los 4 dispositivos trabajan eficientemente y no hay cambio ek o ep
• Isentropica: no disipa calor, no tiene fricción, máxima eficiencia, delta de s=0
• ADIABATICA= BOMBA Y TRUBINA
• ISENTROPICOS= SOLO LA TURBINA Y LA BOMBA
• CALOR Y NO SON ISENTROPICOS= CALDERO(ABSORBE), CONDENSADOR(Cede)[pic 2]

Para todas se parte de         

BOMBA: isentropica, Q=0[pic 3]

[pic 4][pic 5][pic 6]

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