Informe Al 90 % Jose Rankine
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CICLO DE RANKINE
CURSO:
QUÍMICA- FÍSICA
DOCENTE:
ALUMNO:
INDICE
I. RESUMEN…………………………………………………….….………………3
II. INTRODUCCIÓN……………………………………………………...…………4
3.1 Fundamentos……………………………………………………...…………6
3.2 Ecuaciones…………………………………………………………...………7
3.3 Aplicaciones…………………………………………………….……………8
3.5 Ejercicios…………………………………………………………...….……10
IV. CONCLUSIONES…………………………………………………………..…..12
V. REFERENCIAS…………………………………………………………..…….13
Química-física
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RESUMEN
Hoy en día las centrales térmicas con turbinas de vapor se basan su funcionamiento
en el ciclo de Rankine, las cuales producen actualmente la mayor parte del consumo
de la energía eléctrica que se consume mundialmente.
La evolución de las centrales térmicas va a la par de las mejoras en el rendimiento
térmico del ciclo termodinámico, ya pequeñas mejoras en el rendimiento significan
grandes ahorros en el gasto del combustible. La idea es aumentar la temperatura del
vapor a la salida del generador de vapor, o disminuir la temperatura del fluido de trabajo
en el condensador, para incrementar el rendimiento del ciclo de potencia.
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad la crisis y competitividad, resulta esencial establecer aspectos que
marquen la diferencia; una buena opción, es la revalorización de fuentes de calor tanto
para aumentar la eficiencia energética de los procesos industriales, como para mejorar
su impacto medioambiental.
Hoy en día los procesos industriales se producen pérdidas de energía en forma de
calor residual. Son pocos los procesos que reutilizan el calor residual de los mismos,
siendo la mayor parte desaprovechada. La mayoría considera el calor como un recurso
que desaparece luego de su utilización, pero claro está que la energía ni se crea ni se
destruye, por tanto, al no reutilizarla la estaríamos desperdiciando, con los recursos
económicos que esto conlleva.
El ciclo orgánico Rankine (ORC), el cual permite reaprovechar el calor a media y baja
temperatura para la producción de energía eléctrica. Se trata de una fuente de
generación eficiente a partir de una fuente de baja calidad, que ha ido adquiriendo
importancia a lo largo de los últimos años debido, entre otras cosas, a la situación
económica y a la creciente preocupación por el medio ambiente.
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CICLO DE RANKINE
Compresión adiabática 1 →2:La bomba colecta condensado a baja presión (menor que
la atmosférica) y baja temperatura, que es el estado 1 y comprime el agua hasta la
presión de la caldera (estado 2), lo que requiere de un trabajo que denominaremos
como Wentra.
Absorción de calor a P = constante 2 →3: El condensado a menor temperatura que la
de saturación prevaleciente en la caldera, se inyecta en esta última. En la caldera
primero se calienta, alcanzando la saturación (que se representa por el punto A en el
diagrama TS) y luego se inicia la ebullición del líquido. Todo este proceso requiere del
suministro de calor que denominaremos como Qentra. El vapor que se extrae de la
caldera (con un título muy cercano a 1) constituye el estado 3.
Expansión adiabática hasta la presión de condensación 3 → 4:El vapor se conduce a
la turbina donde se expande hasta la presión asociada a la temperatura de
condensación, generando trabajo, que denominaremos como Wsale.
Cesión de calor a presión constante 4 → 1:El vapor que descarga la turbina, que
constituye el estado 4 entra al condensador donde se convierte en agua al entrar en
contacto con las paredes de tubos que están refrigerados en su interior (típicamente
por agua), entregándose una cantidad de calor a la temperatura TF que
denominaremos como Qsale. El condensado se colecta en el fondo del condensador,
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La idea básica detrás de todas las modificaciones para incrementar la eficiencia térmica
de un ciclo de potencia es la misma: incrementar la temperatura promedio a la que el
calor se transfiere al fluido de trabajo en la caldera, o disminuir la temperatura promedio
a la que el calor se rechaza del fluido de trabajo en el condensador. Es decir, la
temperatura promedio del fluido debe ser lo más alta posible durante la adición de calor
y lo más baja posible durante el rechazo de calor, esto se puede lograr de tres maneras:
Reducción de la presión del condensador.
Sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas.
Incremento de la presión de la caldera
ECUACIONES
DIAGRAMAS DE FASE
a) Desviación del ciclo real de potencia de vapor respecto del ciclo Rankine
ideal.
b) Efecto de las irreversibilidades de la bomba y la turbina en el ciclo Rankine
ideal.
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Efecto que causa reducir la presión del condensador en el ciclo Rankine ideal.
Para ilustrar la manera de abordar los cálculos del ciclo Rankine utilizaremos un
ejemplo resuelto, enfatizando en la conveniencia de seguir los pasos para resolver
problemas que ya fueron enunciados con anterioridad.
En un ciclo Rankine ideal, el vapor sale de la caldera a 5 Mpa y 350°C y es condensado
a 10 kPa. Determine los valores de P, T, h y s en cada paso del ciclo, el trabajo neto
producido y la eficiencia del ciclo.
El primer paso es construir la tabla con los estados y las variables que nos piden o
son necesarias.
En negrita aparecen los datos que nos dan en el problema y lo que sabemos de los
estados por las características del ciclo Rankine. Con las tablas de vapor o con algún
programa adecuado (usaremos steamtab.exe), podemos calcular de inmediato las
variables que aparecen a continuación subrayadas.
La eficiencia será:
Wneto/Qentra = 1021.8/2872.47 = 0.3557
Obteniéndose el mismo valor si utilizamos la ecuación 1 – Qsale/Qentra
CONCLUSIONES
En conclusión, el ciclo Rankine parece ser más complejo que los otros ciclos (Otto,
Diésel, Bryton, Ericsson, Carnot, Stirling) debido a la utilidad y complejidad de la
maquina térmica que utiliza este proceso. Es increíble ver la evolución que ha tenido
el ciclo de Rankine. Es interesante como con la modificación de tres variables: un
aumento de la presión y temperatura a la entrada de la turbina, y una disminución de
la presión en el condensador o salida de la turbina se logra obtener una optimización
del ciclo. Así como la forma en la que se puede unir con otros ciclos (por ejemplo,
Bryton) para mejorar aún más la eficiencia del ciclo. El ciclo Rankine es un proceso
que, en la actualidad, donde estamos en la búsqueda constate de energías alternativas
más sustentables y amigables con el medio amiente, puede ser una de las mejores
alternativas para obtener energía con el Proceso Ranking Orgánico que logra una
optimización del ciclo con la utilización de fluidos orgánicos para generar “energía
verde” amable con el medio ambiente.
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REFERENCIAS