Ciclo rankine

CONT. DE LA U4

La constante demanda de eficiencias térmicas más altas ha producido algunas modificaciones innovadoras en el ciclo básico de potencia de vapor. Entre éstos, se estudian ciclos con recalentamiento y regenerativo así como ciclos combinados de potencia de gas y vapor.

El va por de agua es el flui do de trabajo usa do más comúnmente en ciclos de potencia de vapor de- bido a sus muchas y atractivas características, como bajo costo, disponibilidad y alta entalpía de vaporización.

CICLO RANKINE: EL CICLO IDEAL PARA LOS CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR

Es posible eliminar muchos de los aspectos imprácticos asociados con el ciclo de Carnot si el vapor es sobrecalentado en la caldera y condensado por completo en el condensador. El ciclo Rankine ideal no incluye ninguna irreversibilidad interna y está compuesto de los siguientes cuatro procesos:

Compresión isentrópica en una bomba

Adición de calor a presión constante en una caldera

Expansión isentrópica en una turbina

Rechazo de calor a presión constante en un condensador

NOTA: vean en algún libro de Termodinámica lo correspondiente al ciclo Rankine ideal simple.

El agua entra a la bomba en el estado 1 como líquido saturado y se condensa isentrópicamente hasta la presión de operación de la caldera. La temperatura del agua aumenta un poco durante este proceso de compresión isentrópica debido a una ligera disminución en el volumen específico del agua.
La distancia vertical entre los estados 1 y 2 en el diagrama T-s se exagera de manera considerable para mayor claridad. (Si el agua fuera realmente incompresible, ¿habría un cambio de temperatura durante este proceso?)
El agua entra a la caldera como líquido comprimido en el estado 2 y sale como vapor sobrecalentado en el estado 3. La caldera es básicamente un gran intercambiador de calor donde el calor que se origina en los gases de combustión, reactores nucleares u otras fuentes, se transfiere al agua esencialmente a presión constante. La caldera, junto con la sección (sobrecalentador) donde el
vapor se sobrecalienta, recibe el nombre de generador de vapor.

El vapor sobrecalentado en el estado 3 entra a la turbina donde se expande isentrópicamente y produce trabajo al hacer girar el eje conectado a un generador eléctrico. La presión y la tempe ratura del vapor disminuyen durante este proceso hasta  los valores en el estado 4, donde el vapor entra al condensador. En este estado el vapor es por lo general un vapor húmedo con una alta calidad. El vapor se condensa a presión constante en el condensador, el cual es básicamente un gran intercambiador de calor, rechazando el calor hacia un medio de enfriamiento como un lago, un río o la atmósfera. El vapor sale del condensador como líquido saturado y entra a la bomba, completando el ciclo. En áreas donde el agua es muy va liosa, las centra les eléctricas son enfriadas con aire en lugar de agua. Este método de enfriamiento, que también se emplea en moto res de automóvil, es conocido como enfriamiento seco. Varias centrales eléctricas en el mundo, incluidas algunas en Estados Unidos, utilizan enfriamiento seco para conservar el agua.

Análisis de energía del ciclo Rankine ideal

Los cuatro componentes asociados con el ciclo Rankine (la bomba, la caldera,
la turbina y el condensador) son dispositivos de flujo estacionario, por lo tanto
los cuatro procesos que conforman el ciclo Rankine pueden ser analizados
como procesos de flujo estacionario. Por lo general, los cambios en la energía
cinética y potencial del vapor son pequeños en relación con los términos de
trabajo y de transferencia de calor, de manera que son insignificantes. Entonces, la ecuación de energía de flujo estacionario por unidad de masa de vapor
se reduce a

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