CICLO CARNOT Y RANKINE LIMITACIONES 2015 V2

CICLO CARNOT vs ac O RANKINE Fuente: Capitulo Sistemas de Potencia y Refrigeración. Fundamentos de Termodinámica (Van Wylen). El Ciclo Rankine, es el modelo idealizado, para una Termoeléctrica simple. En el Ciclo Rankine, el fluido de trabajo, experimenta una serie de procesos y finalmente regresa al estado inicial (Trabaja en Ciclo Cerrado). to View nut*ge Ciclo Rankine hterm W neto / Q Ciclo de Carnot: 1′ 2 ora a a-2-2′-3-b-a Consideraciones del Ciclo Rankine: • Cada proceso interno es internamente reversible y tiene cambios insignificantes de energía cinética y potencial. ??? Los dos procesos de transferencia de calor (en la Caldera y en el Condensador), son a presión constante (No hay trabajo). • Los procesos en la Turbina y en la Bomba, son Adiabáticos (por lo tanto isoentrópicos). • Para aumentar el rendimiento del ciclo, se debe aumentar la Temp. prom. a la que se suministra calor (Caldera), o se debe disminuir la Temp. prom. a la que se cede calor (Condensador). para bombear mezcla de liquido + vapor Resumiendo • Carnot: grandes dificultades para construir una bomba que opere con una mezcla de liquido y vapor. ?? Rankine: es mucho mas fácil condensar ompletamente el vapor y así la bomba

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opera solo con liquido • Rankine: el vapor se sobrecalienta a p=cte • Carnot, el sobrecalentamiento se debe hacer transmitiendo calor al mismo tiempo que un proceso de expansión lo que es difícil en la practica Ejemplo 1 (Ciclo Rankine Simple): • Determinar la eficiencia de un Ciclo Rankine, utilizando vapor como fluido de trabajo, en donde la presión del condensador es de 0,07 kg/cm2. La presión en la caldera es de 21,1 kg7cm2.

El vapor sale de la caldera como saturado. • hterm = Wneto/Qh = (Wt Wp)fQh = • Wp = (h2 – hl)…. con (s2 = SI). El punto 1 es conocido: Liq sat a 0,07 kg/cm2 ; • wp – – Pl) – 0,001 – 0,495 Kcal/Kg… h2 21,1 . EI punto 3 es conocido: Vap sat a • QH = 669 – 629,9 Kcal/Kg • Wt = (h3 – h4)…. con (s3 = 54). 1,5104 = svapx+ suq . xa • H4 468,5 kcal/kg • Wt = (669,5 – 468,5) = 20 implica el aumento del rendimiento térmico. Tener en cuenta que disminuye la Temperatura promedio de descarga. ?? Inconveniente: Aumenta el contendo de humedad en la descarga de la turbina. No es conveniente superar el 10% de humedad (Baja la eficiencia de la turbina y se erosionan los alabes de la turbina). Efecto del sobrecalentamiento El W neto aumenta en esta área • El calor QH transmitido en la caldera aumenta en 3-3′-b’-b-3, como la relación de las dos áreas es mayor que para el resto del ciclo es evidente que el rendimiento térmico aumenta con el sobrecalentamiento . (Temp. Prom. de Caldera aumenta). ?? Ventaja Adicional: Aumenta la calidad del vapor en la descarga de la turbina. Efecto de la presión de la caldera El W neto disminuye en esta área • El calor absorbido QH disminuye en el área b’-4′-4-b-b’; como W neto permanece cas’ cte. , por lo tanto el rendimiento térmico aumenta. • Temp. Prom. de Caldera aumenta. RESUMIENDO 3Lvf4 • EL RENDIMIENTO TERMIC presión del condensador es de 0,07 kg/cm2. Determinar la eficiencia del ciclo. • hterm = Wneto/Qh = (Wt – Wp)/Qh ((h3-h4)-(h2-h1 ))/(h3-h2) hl)…. con (s2 = SI).

El punto 1 es conocldo: Llq sat a wp = – Pl) 0,00101 – 0. 007). 10R4/427 – 1 kcal/Kg • H2 = hl wp = I = 39,7 kcal/Kg • Wt (h3 – h4)…. con (s3 s4). El punto 3 es conocido: 42,2 kg/ cm2y 4270C • 54 = 1,6343 …… X4 = • H4 507,5 kcal/kg wt = (782-507,5) = 274,5 Kcal,’Kg • QH = (h3 – h2) = 782 – 742,3 Kcal/Kg hterm = (Wt – Wp)/Qh = (274,5 – hterm 36,7% Ciclo de recalentamiento ?? Se ha desarrollado para sacar ventaja del aumento de eficiencia con presiones superiores, y además evitar la excesiva humedad en la descarga. ?? Temperatura promedio de Caldera aumenta ligeramente. El incremento de rendimiento es muy bajo. Ejemplo 3 (Ciclo Rankine Recalentado): • El vapor sale de la caldera y entra en la turbina a 42,2 kg/cm2y 4270C, y después de la expansión en la turbina, sale a 4,2 kg/cm2, el vapor se recalienta a 4270C, y en seguida se expande en la turbina de baja presión, hasta los 0,07 kg/cm2. Determinar la eficiencia del ciclo. • hterm = (Wt – WP)/Qh = (336,5 – – hterm 37,8 % Ciclo regenerativo

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