Ciclo Rankine

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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.

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Ciclo Rankine

  1. 1. Ciclos de Potencia de Vapor: Generación de Potencia Ciclo Rankine
  2. 2. 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
  3. 3. 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 espontáneament e 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
  4. 4. 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
  5. 5. Proceso del Ciclo RankineEl 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.
  6. 6. Proceso Cíclico en una Máquina de Vapor Generación de Potencia
  7. 7. 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
  8. 8. ESTADOS 1: Líquido Saturado. 2: Líquido Comprimido. 3: Vapor Sobrecalentado. 4: Vapor Saturado o Mezcla de Alta Calidad. Diagrama T-v. Diagrama T-V: Ciclo Rankine Ideal 1 2 3 4 Generación de Potencia
  9. 9. [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]
  10. 10. Irreversibilidades del Ciclo Rankine Generación de Potencia •Fricción del Fluido •Pérdida de Calor
  11. 11. Incrementar la Temperatura Promedio en la Caldera ¿Cómo incrementar la Eficiencia? Disminuir la Temperatura Promedio en el Condensador
  12. 12. Formas de incrementar la Eficiencia 1. 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
  13. 13. 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
  14. 14. 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
  15. 15. 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
  16. 16. 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
  17. 17. ¿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
  18. 18. 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 Ciclo Rankine Regenerativo Generación de Potencia
  19. 19. Ciclo Rankine con calentadores abiertos En 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
  20. 20. 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 Vapor de extracción P6 = P2 = P3 Ciclo Rankine Regenerativo: Calentadores de agua de alimentación abiertos Generación de Potencia
  21. 21. Ciclo Rankine con Recalentador Cerrado Ciclo Rankine con calentadores cerrado En 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
  22. 22.  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
  23. 23. 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/german olanno https://www.twitter.com/GermanOl ano http://www.linkedin.com/in/germanolan o germanolano20@gmail. com Germán Olano
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