Ciclo Rankine

Ciclo Rankine

1. Tendencias en el ciclo rankine básico.

   • Está formado por:
     • Caldera.
     • Turbina de vapor.
     • Bomba de condensado.
     • Sobrecalentador.
   • Parámetros que se analizan:
     • Potencia neta.
       • Wneto = W turbina-W bomba = m( h1-h2).
     • Rendimiento.
       • n= (W neto)/(Q caldera) = (m(h1-h2))/(m(h1-h4))
     • Titulo de a la salida de la turbina X2.
       • Debe ser mayor a 0.85 ya que si no lo es, habrá valores altos de erosión.
   • Efecto de la temperatura de la caldera:
     • Si T aumenta mejora:
       • Trabajo de la turbina.
       • Rendimiento.
       • El titulo de la turbina.
   • Efecto de la presión de la caldera.
     • Si P<200 bar.
       • El trabajo de la turbina aumenta.
       • Aumenta el rendimiento.
       • El titulo de vapor disminuye.
     • Si P>200 bar.
       • El trabajo de la turbina ya no aumenta mas.
   • Efecto de la presión del condensador.
     • Si P disminuye.
       • El trabajo de la turbina aumenta.
       • El rendimiento aumenta.
       • El titulo de la turbina disminuye.
     • Si este análisis se hace variando la temperatura se obtiene una gráfica similar con valores lineales
   • Para mejorar el ciclo rankine.
     • Aumentar la temperatura máxima del ciclo.
     • Aumenta la presión de la caldera.,
     • Disminuir la presión del condensador.
   • Limitaciones de funcionamiento.
     • Temperatura máxima del ciclo (<600 C)
     • Presión máxima (< 300 bar.)
     • Titulo de vapor en la turbina (>0.85)

2. Ciclo rankine con recalentamiento.

   • Procesos:
     • Expansión Isoentrópica (1-2 y 3-4)
     • Enfriamiento Isobárico (4-5).
     • Compresión Isoentrópica (5-6).
     • Calentamiento (6-1 y recalentamiento (2-3) Isobárico.
   • Balance energético.
     • Wb= m5(h6-h5)
     • Wt= m1(h1-h2) + m3(h3-h4)
       • La turbina es adiabática por tanto Q=0
     • Q caldera= m1(h1-h6) + m2(h3-h4)
     • Q condensador = m4(h4-h5)
     • Potencia.
       • Wneto = Wt - Wb
     • Rendimiento.
       • n = (W neto)/(Q caldera)
   • Instalación
     • 2 Turbinas de vapor (TAP Y TBP)
       • Expansión adiabática.
     • 1 Condensador.
       • Enfriamiento isobárico e isotérmico.
     • 1 Bomba de condensado.
       • Sin rozamiento.
         • Compresión adiabática e isoentrópica.
     • 1 Caldera con sobrecalentador y recalentador.
       • Calentamiento isobárico
   • Ventajas
     • El titulo de vapor en la turbina aumenta.
       • Reduce la erosión.
     • Permite aumentar la presión en la caldera y el rendimiento
     • La potencia de las turbinas aumenta.
   • Desventajas.
     • La instalación es mas complicada
       • Por la instalación de 2 turbinas y el recalentador.

3. Ciclo rankine con regeneración

   • Que es la regeneración
     • Es hacer un calentamiento por medio de un foco interno.
   • Instalación.
     • 2 Turbinas de vapor (TAP Y TBP)
       • Expansión adiabática.
     • 1 Condensador.
       • Enfriamiento isobárico e isotérmico.
     • 1 Bomba de condensado.
       • Sin rozamiento.
         • Compresión adiabática e isoentrópica.
     • 1 Caldera con sobrecalentador y recalentador.
       • Calentamiento isobárico
     • calentadores de agua regenerativos.
       • Mezcla el agua de BC y vapor de TAP, TBP o tuberías.
     • Intercambiadores de superficie.
       • Tipos de instalaciones.
         • Cascada ascendente
         • Cascada descendente.
   • Balance energético.
     • Potencia.
       • Wneto = Wt - Wb
     • DA
       • EL balance energético es nulo.
     • Q caldera= m1(h1-h6) + m2(h3-h4)
     • Q condensador = m4(h4-h5)
     • Rendimiento.
       • n = (W neto)/(Q caldera)
     • Wb= m5(h6-h5)
     • Wt= m1(h1-h2) + m3(h3-h4)
       • La turbina es adiabática por tanto Q=0
   • Ventajas.
     • Aumenta la temperatura del agua a la caldera.
     • El consumo de la caldera disminuye.
     • Se pueden instalar calentadores de agua regenerativos en serie (Hasta 8)
   • Desventajas
     • La potencia de la turbina y de la instalación disminuye.

4. Ciclo rankine de vapor de agua.

   • Procesos.
     • Expansión isoentrópica (1-2)
     • Enfriamiento isobárico e isotérmico. (2-3)
     • Compresión isoentrópica (3-4
     • Calentamiento isobárico (4.1).
   • instalación.
     • Turbina de vapor
       • Expansión adiabática y sin rozamiento isoentrópica.
     • Condensador.
       • Enfriamiento isobárico e isotérmico.
     • 1 Bomba de condensado.
       • Compresión adiabática y sin rozamiento isoentrópica.
     • 1 Caldera con sobrecalentador
       • Calentamiento isobárico.
   • Balance energético.
     • Wt= m1(h1-h2
     • Wb = m3(h4-h3)
     • Q caldera = m1(h1-h4)
     • Q condensador = m2(h3-h4)
     • Potencia.
       • W neto = m1(h1-h2) - m3(h4-h3) = Wt - Wb
     • Rendimiento
       • n = (W neto)/(Q caldera)
     • h3=0 debido a que el incremento de entalpia es casi nulo por el poco incremento de presión
   • Ventajas
     • El trabajo de compresión es reducido por realizarse en fase liquida,
     • La temperatura del flujo másico se puede elevar hasta el limite de los materiales
     • La potencia de la turbina es muy elevada.
     • El rendimiento de la instalación es aceptable.
   • Desventajas
     • La potencia de la caldera es elevada debido a que hay que calentar el liquido.

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