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TERMODINÁMICA CICLO DE RANKINE

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by

Abigail Morales

on 13 February 2017

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Transcript of TERMODINÁMICA CICLO DE RANKINE

Ciclo de Rankine con sobrecalentamiento IDEAL
La bomba y la turbina como ideales
APLICACIÓN DEL CICLO DE RANKINE
Ciclo Orgánico de Rankine (ORC)
ECUACIONES DEL CICLO DE RANKINE
1-2. Compresión isentrópica
PROBLEMA - EJEMPLO
EL CICLO DE RANKINE
El fluido de trabajo de un ciclo Rankine ideal es vapor de agua. A la turbina entra vapor saturado a 8,0 MPa y del condensador sale líquido saturado a la presión de 0,008 MPa. La potencia neta obtenida es 100 MW.
Ciclo de Rankine
DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE RANKINE
1-2: Compresión adiabática de líquido (agua).
2-3: Adición de calor isobárica para convertir el líquido a vapor.
3-4: Expansión adiabática del vapor hasta alcanzar una presión baja.
4-1: Liberación de calor isobárica de calor para condensar el vapor.
Diagrama presión-volumen del ciclo Rankine
Diagrama temperatura-entropía para el ciclo de Rankine
William John Macquorn Rankine
Fecha de nacimiento: 05 de julio de 1820
Defunción: 24 de diciembre de 1872
Nombrado presidente de Ingeniería Mecánica y Civil de la Universidad de Glasgow.
Lugar de origen: Edimburgo, Escocia
Realizó investigaciones pioneras en ámbitos de ingeniería ferroviaria, física molecular y termodinámica.
Fue elegido miembro de la Royal Society en 1853 y fue el primer presidente de la Institución de Ingenieros de Escocia.
2-3. Entrada de calor a presión constante
3-4. Expansión isentrópica
4-1. Salida de calor a presión constante
W bomba = m(h1 - h2)
Q = 0
1-2
Q = m(h3 - h2)
agregado
W =0
2-3
W = m(h3 - h4)
turbina
Q = 0
3-4
Q = h1 - h4
liberado
W = 0
4-1
EFICIENCIA TERMODINÁMICA DEL CICLO
Ciclo de Rankine simple IDEAL
Está compuesto por cuatro etapas.
Presenta dos principales inconvenientes, ambos relacionados a que se trabaja con vapor saturado.
Estos problemas se minimizan al sobrecalentar el vapor que sale de la caldera, ya que al expandirse el vapor en la turbina, este la abandona con una mayor calidad que en el ciclo de Rankine simple con lo que la turbina sufre un menor desgaste.
Al aumentar la temperatura a la que se transfiere calor al ciclo se aumenta la eficiencia de este.
Ciclo de Rankine con recalentamiento
Es usado para optimizar el rendimiento del ciclo con sobrecalentamiento.
Típicamente sólo se usan dos etapas de expansión, ya que una tercera supone una gran inversión en diseño de planta y equipo para extraer un trabajo cada vez menor.
El inconveniente que ocasiona este fenómeno es que las cavidades o burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión, y regresan súbitamente al estado líquido, ocasionando un choque entre las burbujas
Este proceso se toma a presión constante, aunque hay una pequeña parte donde esto no se cumple, que es cuando el líquido se satura.
Donde el sistema genera el trabajo, no hay transferencia de calor. El vapor exhausto entra al condensador, y se condensa a presión constante, al estado 1, formando un líquido saturado y aquí vuelve a iniciar el ciclo
En lugar de vapor convencional, un fluido orgánico de bajo punto de ebullición y alto peso molecular.
Normalmente estos fluidos son aceites térmicos o refrigerantes
El fluido se calienta hasta ebullición en la caldera, mientras que el vapor que se expande se utiliza como impulso de un turbina conectada a un generador que convierte el trabajo en electricidad.
No hay erosión por vapor de agua
DETERMINE PARA EL CICLO
a) El rendimiento térmico
b) La relación de trabajos
c) El flujo másico de vapor, en kg/h
d) El flujo de calor absorbido, Qe , por el fluido de trabajo a su paso por la caldera, en MW
e) El flujo de calor cedido, Qs , por el fluido de trabajo en el condensador, en MW,
f) El flujo másico de agua de refrigeración en el condensador, en kg/h, si el agua entra en el condensador a 15°C y sale a 35°C
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