CICLO RANKINE

Introducción.

CICLO RANKINE

El ciclo Rankine es un ciclo que opera con vapor, y es el que se utiliza principalmente en las centrales termoeléctricas e industrias Petroleras. Consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor. Éste será llevado a una turbina donde produce energía cinética a costa de perder presión. Su camino continúa al seguir hacia un condensador donde lo que queda de vapor pasa a estado líquido para poder entrar a una bomba que le subirá la presión para nuevamente poder introducirlo a la caldera.

Los diagramas p-V en los que interviene un líquido que se vaporiza tienen una diferencia respecto a los de gas: aparece la llamada campana de cambio de fase.

A la izquierda de la campana tenemos estado líquido, que apenas varía su volumen cuando se calienta o se aumenta su presión. Por eso las líneas isotermas son casi verticales. A la derecha de la campana tenemos vapor, que se comporta como un gas, por lo que las líneas isotermas son similares a las de los gases ideales. En el interior de la campana, el líquido se está evaporando, y las líneas de temperatura constante son horizontales. Ésto es debido a que dada una presión, el calor que se le aporte al fluído no se emplea en elevar la temperatura, sino en la evaporación.

Con la introducción y la pequeña explicación del diagrama p-V para el cambio de fase, el ciclo en detalle es el siguiente:

-En el proceso 1-2 se aumenta la presión del líquido sin pérdidas de calor mediante un compresor o bomba, al que se aporta un pequeño trabajo.

- El proceso 2-3 es una transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera. Con este calor se evapora todo el líquido y se calienta el vapor hasta la temperatura máxima.

- La expansión del proceso 3-4 se realiza de forma adiabática. El vapor realiza un trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta un valor bajo de presión al cual se transfiere el vapor al condensador.

- El proceso 4-1 consiste en refrigerar el vapor de trabajo a presión constante en el condensador hasta el estado de líquido, para iniciar de nuevo el ciclo

El rendimiento ideal de este ciclo tiene el mismo valor que el ciclo de Carnot:

Aunque jamás se alcanzan valores tan elevados. Para mejorar en lo posible el aprovechamiento del combustible quemado se somete al fluido a una serie de procesos que tienen como objeto aumentar el área encerrada por el diagrama. Entre éstos destacan los siguientes:

- Precalentamiento del agua comprimida con los gases que escapan por la chimenea de la caldera. No aumenta el área del diagrama, pero sí reduce el calor que se debe introducir al ciclo.

- Recalentamiento del vapor que ha pasado por la turbina haciéndolo pasar por la caldera y después por otra turbina de baja presión.

- Regeneración, que consiste en extraer parte del vapor de la turbina para precalentar el líquido antes de entrar a la caldera.

Deasarrollo.

En la caldera pirotubular los gases van en el interior de los tubos, los cuales están dispuestos longitudinalmente. El agua dentro de la caldera debe fluctuar dentro de cierto rango, de lo contrario si sobrepasa el nivel máximo permitido la caldera “vomitará” agua con vapor, por otra parte si el nivel se encuentra por debajo del rango la caldera se quemará, el agua y el vapor funcionan como un refrigerante contra los gases de combustión. Para la operación de la caldera se necesita el triángulo de fuego, el cual consiste en combustible inyectado al quemador dentro de la cámara de combustión de la caldera, un comburente que es el aire suministrado por un ventilador accionado por un motor eléctrico, la combinación de ellos más un chispazo eléctrico provoca la formación de los gases. Los gases van y vienen por una serie de mamparas con la intención de que estén el mayor tiempo en contacto con el agua de esa manera transfiere la mayor cantidad de calor reduciendo el uso de combustible (diesel), el cual es inyectado a la caldera por dos bombas, adicionalmente para reducir aún más el consumo de combustible se requiere que todo el sistema esté aislado térmicamente mediante fibra de vidrio.

Placa correspondiente a la caldera. Todos los equipos industriales deben contar con una placa que indique los parámetros de operación y características generales del equipo.

Para un mejor rendimiento del ciclo el condensado que retroalimenta a la caldera debe tener la mayor temperatura posible para que cuando entre a la caldera se ocupe la menor cantidad de combustible. La eficiencia de la caldera está dada por la siguiente ecuación: ηcal=/(m_comb 〖Cp〗_comb ), para maximizar la ηcal se requiere reducir el denominador,

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