Mind map

Ciclo de Rankine

Jorge Tesoro English

Map content

Ciclo de Rankine

Ciclo de Rankine de vapor de agua
- Etapas del ciclo
  - 1-2 Expansión isoentrópica
  - 2-3 Enfriamiento isobárico
  - 3-4 Compresión isoentrópica
  - 4-1 Calentamiento isobárico
- Instalación
  - Turbina de vapor
    - Expansión adiabática
  - Condensador
    - Enfriamiento isobárico
  - Bomba de condensado
    - Compresión adiabática
  - Caldera
    - Calentamiento isobárico
- Balance energético
  - Aplicando el 1er principio de la termodinámica
    - Potencia y rendimiento del sistema
      - Potencia de los elementos
- Ventajas
  - La temperatura de entrada de la turbina se puede elevar hasta el límite de resistencia de los materiales
  - La potencia de la turbina es muy elevada
  - El rendimiento de la instalación es aceptable
  - El trabajo de compresión es reducido por realizarse en fase líquida
- Desventajas
  - La potencia térmica de la caldera es elevada porque hay que calentar líquido
Tendencias en el ciclo de Rankine básico
- Se trata de
  - Variar los parámetros básicos del ciclo
    - Parámetros a analizar
      - Potencia neta de la instalación
      - Rendimiento
      - Título a la salida de la turbina X2
- Efecto de la temperatura en la caldera
  - Aumento de la temperatura de la caldera
    - Aumenta el trabajo
    - Aumenta el rendimiento
    - Aumenta el título de la turbina
- Efecto de la presión en el condensador
  - Disminución de la presión en el condensador
    - Lectura inversa del diagrama
    - Aumenta el trabajo
    - Aumenta el rendimiento
    - Disminuye el título de la turbina
    - Grafica de la temperatura de saturación correspondiente a la presión del condensador
    - Grafica de la disminución de presión en el condensador
    - Variaciones lineales
- Efecto de la presión en caldera
  - Aumento de la presión en la caldera
    - Aumenta el trabajo bastante alrededor de 200 bar
    - Aumenta el rendimiento
    - Disminuye el título de la turbina
    - Punto crítico alrededor de 200 bar
- Tabla cualitativa de mejoras
  - Mejoras al ciclo de Rankine
    - Aumentar la temperatura máxima del ciclo
    - Aumentar la presión a la que trabaja la caldera
    - Disminuir la presión del condensador
  - Valores habituales
    - Caldera
      - Presión 180 bar y temperatura 550 ºC
    - Condensador
      - Presión 0.040 bar
  - Limitaciones de funcionamiento
    - Temperatura máxima del ciclo (<600 ºC)
    - Presión máxima (<300 bar)
    - Título de vapor en la turbina (>0.85)
    - Presión de condensador (>0.035)
Ciclo de Rankine con regeneración
- Instalación
  - Dos turbinas de vapor
    - Realizan
      - Expansión adiabática
        Turbina de alta presión
        TAF
        Turbina de baja presión
        TBP
  - Condensador
    - Realiza
      - Enfriamiento isobárico
  - Bomba
    - Realiza
      - Compresión adiabática
  - Caldera
    - Realiza
      - Calentamiento isobárico
        Caldera con sobrecalentador
        Recalentador
  - Calentador de agua
    - Tipos de intercambiadores
      - Instalación con intercambiador de mezcla
      - Instalación con intercambiador de superficie
        Instalación en cascada descendente
        Instalación en cascada ascendente
- Desventajas
  - La potencia de las turbinas y de la instalación disminuye
- Ventajas
  - El consumo de combustible en la caldera disminuye
  - El rendimiento mejora
  - Se pueden instalar varios calentadores de agua regenerativos en serie (hasta 8)
  - Aumenta la temperatura de entrada de agua a la caldera
- Balance energético
  - Aplicando el 1er principio de la termodinámica
    - Las potencias de los elementos
      - Potencia y rendimiento del sistema
- Consiste en
  - Realizar un recalentamiento con un foco de calor interno al sistema
    - Tiene los mismos procesos que el ciclo de recalentamiento
Ciclo de Rankine con recalentamiento
- Instalación
  - Dos turbinas de vapor
    - Realizan
      - Expansión adiabática
        Turbina de alta presión
        TAP
        Turbina de baja presión
        TBP
  - Condensador
    - Realiza
      - Enfriamiento isobárico
  - Bomba de condensado
    - Realiza
      - Compresión adiabática
  - Caldera
    - Realiza
      - Calentamiento isobárico
        Caldera con sobrecalentador
        Recalentador
- Balance energético
  - Aplicando el 1er principio de la termodinámica
    - Las potencias de los elementos
      - Potencia y rendimiento del sistema
- Etapas del ciclo
  - 1-2 Expansión isoentrópica
  - 2-3 Recalentamiento isobárico
  - 3-4 Expansion isoentropica
  - 4-5 Enfriamiento isobárico
  - 5-6 Compresión isoentrópica
  - 6-1 Calentamiento
- Ventajas
  - El título de vapor en la turbina aumenta
  - Permite trabajar con presiones más elevadas y mejorar el rendimiento
  - Aumenta la potencia de las turbinas
- Desventajas
  - La instalación es más complicada