ciclo rankine
DESCRIPTION
Generación de Potencia en Centrales Térmicas de Vapor teniendo como principio el funcionamiento del Ciclo Rankine, su funcionamiento, las leyes que intervienen, entre otros temas de importancia.TRANSCRIPT
Ciclos de Potencia de Vapor:
Generación de Potencia
Ciclo Rankine
Ciclo Rankine
El Ciclo Rankine es un ciclo de potencia termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, y que tiene lugar en una Central Térmica de Vapor.
Generación de Potencia
Existen diferentes formas de enunciar la Segunda Ley de la Termodinámica, pero en su versión más simple, establece que:
2da Ley de la TERMODINÁMICA
“El calor jamás fluye
espontáneamente de un objeto frío a un objeto
caliente”. Ejemplo de Procesos Irreversibles, es decir procesos que ocurren naturalmente en una sola dirección.
Generación de Potencia
2da Ley de la TERMODINÁMICA
“Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y
produzca una cantidad neta de trabajo”
Esto Implica:
“Ninguna máquina térmica (reversible, ideal o real) puede tener una eficiencia
térmica de 100%”.
ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
“Para que una central eléctrica opere, el fluido de trabajo debe intercambiar calor
con el ambiente”.
Generación de Potencia
Proceso del Ciclo Rankine El Ciclo Rankine es una modificación del ciclo Carnot, esto con el fin de mejorar el sistema térmico corrigiendo los problemas que este produce, entre estas Modificaciones están:
•Compresión Isentrópica en una Bomba.•Adición de calor a presión constante en una Caldera.•Expansión Isentrópica en una Turbina.•Rechazo de Calor a presión constante en un Condensador.
Generación de Potencia
1. Cada componente del Ciclo se analiza como un volumen de control en estado estacionario.
2. Todos los Procesos que realiza el Fluido de Trabajo son internamente reversibles.
3. La Turbina y la Bomba funcionan Adiabaticamente.
Consideraciones e Hipótesis.
Proceso Cíclico en una Máquina de Vapor
Generación de Potencia
Diagrama T-S: Ciclo Rankine Ideal
. Los estados principales del ciclo quedan definidos por los números del 1 al 4 en el diagrama T-S.. Los estados principales del ciclo quedan definidos por los números del 1 al 4 en el diagrama T-S.
El Diagrama T-s de un Ciclo Rankine Ideal está formado por cuatro procesos: 2 Isentrópicos, 2 Isobáricos, Adiabático.
Generación de Potencia
ESTADOS
1: Líquido Saturado. 2: Líquido Comprimido. 3: Vapor Sobrecalentado. 4: Vapor Saturado o Mezcla de A lta Calidad.
Diagrama T-v.
Diagrama T-V: Ciclo Rankine Ideal
1
2 3
4
Generación de Potencia
[1-2] Proceso de Compresión:
[Bomba]
Generación de Potencia
Proceso del Ciclo Rankine Ideal
[2-3] Proceso de Adición de
Calor a Pcte [Caldera]
[3-4] Proceso de Expansión Isentrópica [Turbina]
[4-1] Proceso de Rechazo de
Calor a Pcte [Condensador]
Irreversibilidades del Ciclo Rankine
Generación de Potencia
•Fricción del Fluido•Pérdida de Calor
Incrementar la Temperatura
Promedio en la Caldera
¿Cómo incrementar la Eficiencia?
Disminuir la Temperatura
Promedio en el Condensador
Formas de incrementar la Eficiencia1. Reducción de la presión del condensador:
Reduce automáticamente la
temperatura del vapor.
Reduce la temperatura a la cual el calor se
rechaza. Generación de Potencia
2. Incremento de la presión de la caldera:
Elevando la temperatura de ebullición.
Esto, a su vez, incrementa la temperatura
promedio a la que se añade calor al vapor.
Formas de incrementar la Eficiencia
Generación de Potencia
3. Sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas:
Es posible elevar la temperatura promedio
a la que se añade calor al vapor sin aumentar
la presión de la caldera.
logrando un incremento en el trabajo de la
turbina.
Formas de incrementar la Eficiencia
Generación de Potencia
Ciclo Rankine con Recalentamiento:Consideraciones generales
El aumento de la presión de la caldera origina la disminución de la calidad del vapor de agua que sale de la turbina.
La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina.La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina.La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina.
La temperatura promedio durante el proceso de recalentamiento puede incrementarse si se aumenta el número de etapas de expansión y recalentamiento.
Generación de Potencia
Ciclo Rankine con Recalentamiento.
PRIMERA ETAPA (TURBINA DE ALTA PRESION)
En ésta el vapor se expande isentropicamente hasta una
presión intermedia y regresa a la caldera donde se recalienta a
presión constante.
SEGUNDA ETAPA (TURBINA DE BAJA PRESION)
El vapor se expande isentropicamente hasta la presión del condensador para luego dar
inicio nuevamente al ciclo.
La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina.
Generación de Potencia
¿Cómo Aumentar la Eficiencia?
Aumentando la presión de operación en la
caldera.
Pero: Origina un mayor grado de humedad.
Sin Embargo: Puede solucionarse haciendo uso
de recalentamiento.
Generación de Potencia
El Ciclo Rankine Regenerativo consiste, en extraer parte del vapor expandido en la turbina y utilizarlo para suministrar calor al fluido de trabajo, aumentado su temperatura antes de pasar por la fuente principal de calor (Caldera) a una presión determinada.
Ciclo Rankine Regenerativo
Generación de Potencia
Ciclo Rankine con calentadores abiertosEn el caso ideal, se ajustan los flujos másicos de las corrientes que entran al calentador, de manera que el resultado de la mezcla a la salida del calentador sea líquido saturado a una presión determinada. Las presiones de entrada deben ser iguales, para que no se produzcan retornos indeseables en las líneas de tuberías.
Ciclo Rankine con Recalentador Abierto
Características de Operación Ideal: Las presiones de las corrientes que salen del y entran al calentador son idénticas, P2=P3=P6
El agua de alimentación abandona al calentador como un líquido saturado a la presión de extracción, T3=Tsat@P6
Ventajas:Tienen menor costo (simplicidad), mejoran el rendimiento, la disposición de regeneración es más eficiente.
Vapor de extracción
P6 = P2 = P3
Ciclo Rankine Regenerativo:Calentadores de agua de alimentación abiertos
Generación de Potencia
Ciclo Rankine con Recalentador Cerrado
Ciclo Rankine con calentadores cerradoEn un calentador cerrado no se mezclan las corrientes que entran. El aguade alimentación circula por el interior de los tubos que pasan por el calentador y el vapor extraído de la turbina para precalentar el agua, se condensa sobre los tubos.
Generación de Potencia
A continuación en la figura 1.12, se presentan dos arreglos de calentadores cerrados de agua de alimentación: a) Bombeo directo del vapor condesado ala línea del agua de alimentación de la caldera. b) Atrapa el vapor condensado y lo lleva a una zona de menor presión de la línea de agua de alimentación.
Ciclo Rankine con Recalentador Cerrado
Generación de Potencia
GRACIAS!
La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina.
https://www.facebook.com/germanolanno
https://www.twitter.com/GermanOlano
http://www.linkedin.com/in/germanolano
Germán Olano