Ciclo Rankine

Ciclo de potencia de vapor con las propiedades reales del agua. Compara el ciclo ideal con el real y mira cuánto mejora la eficiencia con el recalentamiento y con los calentadores de agua de alimentación.

Termodinámica · Ciclos de potencia de vapor

Ejemplos

Planta de vapor

Desliza el esquema hacia los lados para ver toda la planta.

Agua fríaTempladaVapor calienteEl color de las partículas indica la temperatura

Diagrama T-s

Entra calorSale calorRegeneraciónTurbina y bomba

Resultados

Solución paso a paso

    Teoría

    Ciclo Rankine ideal

    1-2 compresión isentrópica en la bomba, 2-3 adición de calor a presión constante en la caldera, 3-4 expansión isentrópica en la turbina y 4-1 rechazo de calor a presión constante en el condensador.

    wbomba = v1(P2 − P1)    η = wneto/qentra = 1 − qsale/qentra

    Irreversibilidades

    ηT = (h3 − h4)/(h3 − h4s)    ηB = (h2s − h1)/(h2 − h1)

    La fricción en la turbina y la bomba aumenta la entropía: la turbina entrega menos trabajo y la bomba consume más.

    Cómo aumentar la eficiencia

    • Bajar la presión del condensador (baja la temperatura a la que sale el calor).
    • Sobrecalentar más el vapor y subir la presión de la caldera (sube la temperatura media a la que entra el calor).
    • Recalentar el vapor entre dos turbinas: evita que salga demasiado húmedo (calidad > 0.88–0.90).

    Regeneración

    Abierto: y hext + (1 − y) h2 = h3 Cerrado: y(hext − hpurga) = hsal − hent

    Una fracción y del vapor se extrae de la turbina para precalentar el agua de alimentación. Así el calor de la caldera entra a mayor temperatura.

    Supuestos: el calentador cerrado entrega el agua a la temperatura de saturación del vapor extraído y su purga pasa por una trampa al condensador. La eficiencia de la turbina se aplica desde la entrada de cada turbina hasta cada salida.

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