Informe #2 Plantas de Potencia JA, YA

Universidad Tecnológica de Panamá
Facultad de Ingeniería Eléctrica

Laboratorio de Plantas de Potencia (A)
Informe 2
“El Ciclo Rankine”
Nombre: Juan Alcedo Cédula: 8-964-688 Fecha: 18-9-23

Yaili Alvarado 8-981-113
I Parte: Ciclo Rankine Simple

Utilizando la herramienta de “nuevo ciclo” grafique un ciclo Rankine en un diagrama de Tvs s, resuelva
los siguientes problemas de un ciclo Rankine Simple:
En un ciclo de potencia de vapor, la caldera maneja una presión de 4000 kPa y tiene una temperatura a la
salida de 360°C y se expande a una presión de 20 kPa. Asumiendo un proceso ideal, encontrar el trabajo
neto y la eficiencia térmica del ciclo.
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟗𝟑𝟐. 𝟐𝟔𝟒 𝒌𝑱

𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟐𝟔 = 𝟑𝟐. 𝟔 %
Grafique ahora el mismo ciclo 4 veces más, pero con la presión de la caldera variando hasta 8000 kPa.
Presión en caldera = 5000 kPa
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟗𝟗𝟑. 𝟑𝟔𝟏 𝒌𝑱

𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟒 = 𝟑𝟒 %
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟎𝟒𝟓. 𝟒𝟑 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟓𝟐 = 𝟑𝟓. 𝟐 %
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟎𝟗𝟎. 𝟎𝟗 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟔𝟏 = 𝟑𝟔. 𝟏 %
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟏𝟑𝟏. 𝟔𝟏 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟕 = 𝟑𝟕 %
Luego grafique otros 4 ciclos más, disminuyendo la presión final hasta 4 kPa.
Presión en condensador = 16 kPa
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟗𝟓𝟗. 𝟖𝟖𝟏 𝒌𝑱

𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟑𝟑 = 𝟑𝟑. 𝟑 %
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟗𝟗𝟒. 𝟓𝟖𝟗 𝒌𝑱

𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟒𝟐 = 𝟑𝟒. 𝟐 %
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟎𝟒𝟏. 𝟖𝟖 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟓𝟓 = 𝟑𝟓. 𝟓 %
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟏𝟏𝟖. 𝟔𝟏 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟕𝟒 = 𝟑𝟕. 𝟒 %
II Parte: Ciclo Rankine con Recalentamiento
Modificar el ciclo simulado en la I Parte, de la siguiente manera: el vapor se expande en la turbina hasta
una presión intermedia de 600 kPa, y luego se recalienta a presión constante hasta alcanzar la
temperatura de la caldera, y entonces se expande hasta la presión baja (20 kPa).
1. Presentar esquemático, tabla de propiedades calculadas y diagrama T vs s, en TermoGraf V5.7.
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟏𝟎𝟐. 𝟔𝟐 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟐𝟗 = 𝟑𝟐. 𝟗 %
2. Luego modifique el ciclo, 4 veces, hasta que la presión intermedia sea de 1000 kPa. Evalué la
eficiencia.
Presión intermedia = 700 kPa
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟎𝟗𝟔. 𝟓𝟒 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟑 = 𝟑𝟑 %

𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟎𝟗𝟎. 𝟔𝟕 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟑𝟏 = 𝟑𝟑. 𝟏 %
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟎𝟖𝟓 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟑𝟐 = 𝟑𝟑. 𝟐 %
𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟏𝟎𝟕𝟗. 𝟒𝟏 𝒌𝑱
𝑬𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = 𝟎. 𝟑𝟑𝟑 = 𝟑𝟑. 𝟑 %
Análisis
1. Explique cómo cada una de las modificaciones realizadas, provocaron la mejora o desmejora de la
eficiencia del ciclo de potencia original. Identifique cuál o cuáles transferencias energéticas se ven
afectadas por las modificaciones.
Aumentar gradualmente la presión en la caldera en un ciclo Rankine simple ideal hasta 8000 kPa mejora
la eficiencia en un 4.4%. Esto se debe a que el aumento de presión eleva la temperatura de transferencia
de calor al vapor, ya que la temperatura de ebullición del agua aumenta con la presión. Esto incrementa la
eficiencia térmica del ciclo. En el diagrama T-s, este aumento de presión se representa como un
desplazamiento del ciclo hacia la derecha, lo que prolonga la expansión del vapor y aumenta el trabajo
neto producido. Esto se traduce en una mayor eficiencia, ya que la eficiencia de los motores térmicos está
relacionada con la diferencia de temperatura entre la fuente caliente (la caldera) y la fuente fría (el
condensador), según la Ley de Carnot. Además, la mayor presión en la turbina permite extraer más trabajo
útil, lo que impulsa la generación de electricidad, lo que resulta en una mayor producción de energía
eléctrica a partir del mismo vapor de agua.
Mientras tanto, en el ciclo Rankine con recal entamiento, al aumentar la presión del estado intermedio,
se mejora la eficiencia del ciclo debido a que elevar gradualmente la presión en el estado intermedio
entre la primera y la segunda expansión en un ciclo Rankine con recalentamiento mejora la eficiencia
debido a que permite obtener más trabajo mecánico de la expansión del vapor en la segunda etapa de la
turbina, aprovecha mejor la entalpía del vapor, reduce las pérdidas por fricción y, en última instancia,
aumenta la eficiencia térmica del ciclo al convertir una mayor proporción del calor aportado en trabajo
mecánico.
Conclusiones
Juan Alcedo
Durante esta experiencia, se exploró y entendió a profundidad el ciclo Rankine ideal simple y el ciclo
Rankine con recalentamiento. Utilizando el software de Termograf se pudieron analizar y ver los 4
procesos presentes en un ciclo Rankine, incluyendo los dos procesos isobáricos y los dos procesos
isoentrópicos. Primeramente, se pudo concluir que el estado debe estar en líquido saturado con calidad 0
para poder realizar la compresión isoentrópica en la bomba. Esta conclusión es importante para que la
bomba pueda funcionar correctamente, sin ningún % de vapor para que no ocurra cavitación. Para los
efectos de la eficiencia del ciclo, se llego a la conclusión de que, al aumentar la presión en la caldera, se
aumenta la eficiencia del ciclo Rankine ideal debido a que aumenta la transferencia de calor al vapor y
se extrae más trabajo neto en la turbina, haciendo el ciclo más eficiente. Por último, se puede concluir
que utilizar el recalentamiento es una forma útil para mejorar la eficiencia del ciclo Rankine, debido a
que permite una segunda expansión en la turbina y genera más trabajo neto, por lo que aumenta la
eficiencia del ciclo. Gracias a Termograf aprender a mejorar la eficiencia del ciclo Rankine y entender el
funcionamiento de este ciclo.
Yaili Alvarado
Para este laboratorio, se continuo con el uso del software de Termograf para poder visualizar el ciclo
Rankine y sus diferentes variaciones para mejorar su eficiencia. Pudimos concluir que este ciclo emplea
procesos isentrópicos y procesos isobáricos que se utilizan para transformar calor obtenido del vapor y
convertirlo en trabajo mecánico producido en una turbina para la generación de potencia. Se pudo
apreciar que el fluido esta en estado de líquido para entrar en la bomba y en estado de vapor para entrar
a la turbina, al igual que se pudo concluir que la temperatura de la salida de la caldera es la mayor del
sistema. Por último, se puede ver que la eficiencia del ciclo se mejora al aumentar las presiones en la
turbina y también al proporcionarle una etapa intermedia en el ciclo Rankine con recalentamiento;
procesos que aumentan el calor obtenido en el sistema y por ende el trabajo neto producido por la
turbina. Es así como la utilización de termograf nos ha ayudado a entender los ciclos termodinámicos de
potencia en este curso de Plantas de Potencia y se espera poder observar más ciclos de potencia durante
el curso.
Referencias
• López, J. R. (n.d.). Ciclo Rankine. http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-
tic/21700290/helvia/aula/archivos/repositorio/0/44/html/rankine.html#:~:text=El%20ciclo%20R
ankine%20es%20un,a%20costa%20de%20perder%20presi%C3%B3n.
• Çengel, Yunus; Boles, Michael, “Termodinámica”, 7ma Edición, Editorial McGrawHill, 2012.

Informe #2 Plantas de Potencia JA, YA

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Informe #2 Plantas de Potencia JA, YA

Cargado por

Información del documento

Derechos de autor

Formatos disponibles

Compartir este documento

Compartir o incrustar documentos

Opciones para compartir

¿Le pareció útil este documento?

¿Este contenido es inapropiado?

Copyright:

Formatos disponibles

Informe #2 Plantas de Potencia JA, YA

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Universidad Tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Nombre: Juan Alcedo Cédula: 8-964-688 Fecha: 18-9-23

I Parte: Ciclo Rankine Simple

𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟗𝟑𝟐. 𝟐𝟔𝟒 𝒌𝑱

𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟗𝟗𝟑. 𝟑𝟔𝟏 𝒌𝑱

Presión en caldera = 6000 kPa

Presión en caldera = 8000 kPa

𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟗𝟓𝟗. 𝟖𝟖𝟏 𝒌𝑱

Presión en condensador = 12 kPa

𝑾𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝟗𝟗𝟒. 𝟓𝟖𝟗 𝒌𝑱

Presión en condensador = 4 kPa

Presión intermedia = 800 kPa

Presión intermedia = 900 kPa

También podría gustarte