UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

CICLO DE
RANKINE
PRESENTA:
Cruz Rivera Rigoberto
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ANTECEDENTES



Thomas Savery 1698
◦ Motor para elevación de agua por medio del fuego



Newcomen 1712
◦ Crearon la prim...


Jemes Watt 1769
◦



La maquina de Walt motor de vapor de doble efecto.

Carnot 1824
◦

Definición los características...


William John Macquorn Rankine (5 de julio de 1820-24 de diciembre de 1872) fue un ingeniero y
físico escocés.

En 1859 ...
PRINCIPIOS
1.- Compresión isoentrópica en una bomba.

2.- Adición de calor a presión constante en una caldera.
3.- Expansi...
APLICACIONES
Ciclo de Carnot
1.- Se comprime isoentrópicamente vapor de agua húmedo
2.- A la presión alta del estado 1 se comunica calo...
Ciclo de Carnot

Ciclo Rankine simple
Ciclo de Rankine
simple
1.- Calentamiento reversible a
presión constante.
2.- Expansión adiabática
reversible.
3.- Enfriam...
El área bajo la curva formada por las trayectorias
1→2→3 en el diagrama Ts representa la cantidad
total de calor añadido a...
Con objeto de evitar la erosión en el extremo de baja presión de la turbina debido
al exceso de humedad en el vapor al fin...
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Si los procesos de transferencia de calor son reversibles, el calor transferido al fluido en el
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EJEMPLO:
Un ciclo de Rankine que utiliza vapor de agua como sustancia de trabajo,
opera entre los límites de presión 7.5 k...
De las tablas de vapor,

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Por lo tanto,

s4 =s5= [sg – (1 – x)5 sfg] a 7.5 kPa
6.4430 = 8...
Para el condensador se tiene

qsal = h6 – h5
= 158.77 – 2007.8 kJ/kg = -1839.0 kJ/kg
Para la bomba

Wp = h6 - h1 ≈ -v (p1 ...
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El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico en el que se
relaciona el consumo de calor con la producción de trabajo.

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Proceso de expansión sucede en dos etapas:
PRIMERA ETAPA: (En turbina de alta presión) en esta el vapor
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Para calcular el rendimiento térmico de un ciclo de recalentamiento:
Se utiliza agua como fluido de trabajo por sus siguientes
características:
-Es abundante y en consecuencia barata en el pl...
CONSIDERACIONES
-El uso de más de dos etapa de recalentamiento no es
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El ciclo de Rankine con recuperación consiste:
Mejorar la eficiencia del ciclo

Proporcionar un medio conveniente de
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Un calentador del agua de alimentación es un intercambiador de
calor donde éste se transfiere del vapor, al agua de alimen...
Esquema del ciclo de
El cicloRankine
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CALENTADORES CERRADOS DE AGUA DE ALIMENTACIÓN
Esquema de un calentador
cerrado

Sale como un
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a la presión...
Los calentadores abiertos y cerrados de agua de alimentación
pueden ser comparados de la siguiente manera:
Calentadores ab...
CONCLUSIÓN

Un ciclo Rankine de potencia ideal consta de una turbina y una bomba isoentrópicas, con
intercambio de calor e...
BIBLIOGRAFIA

1. Huang Francis F. 1994. Ingeniería termodinámica. Ed. CECSA. México
2.- Van Wylen, Gordon J. Fundamentos d...
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  1. 1. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL CICLO DE RANKINE PRESENTA: Cruz Rivera Rigoberto Flores Cruz Luis Felipe Flores Diego Aracely Lara Mejía Analí Evelyn Nolasco Matías Jesús Alberto
  2. 2. ANTECEDENTES  Thomas Savery 1698 ◦ Motor para elevación de agua por medio del fuego  Newcomen 1712 ◦ Crearon la primera bomba de vapor
  3. 3.  Jemes Watt 1769 ◦  La maquina de Walt motor de vapor de doble efecto. Carnot 1824 ◦ Definición los características de su maquina ideal de esta maquina ideal trabajo según un ciclo de cuatro etapas dando lugar al llamado ciclo de Carnot
  4. 4.  William John Macquorn Rankine (5 de julio de 1820-24 de diciembre de 1872) fue un ingeniero y físico escocés. En 1859 publica el Manual of Steam Engine, en el que realiza importantes contribuciones a la termodinámica estableciendo el ciclo que lleva su nombre para el funcionamiento de las máquinas de vapor, e ideando la escala de temperaturas Rankine.
  5. 5. PRINCIPIOS 1.- Compresión isoentrópica en una bomba. 2.- Adición de calor a presión constante en una caldera. 3.- Expansión isoentrópica en una turbina. 4.- Rechazo de calor a presión constante en un condensador.
  6. 6. APLICACIONES
  7. 7. Ciclo de Carnot 1.- Se comprime isoentrópicamente vapor de agua húmedo 2.- A la presión alta del estado 1 se comunica calor a presión constante (y a temperatura constante). 3.- Se expansiona isoentrópicamente el fluido en la turbina hasta el estado 3. El vapor húmedo que sale de la turbina se condensa parcialmente a presión constante (y temperatura constante)     Es difícil comprimir Precisión para la calidad Erosión en los alabes de la turbina Temperatura máxima limitada
  8. 8. Ciclo de Carnot Ciclo Rankine simple
  9. 9. Ciclo de Rankine simple 1.- Calentamiento reversible a presión constante. 2.- Expansión adiabática reversible. 3.- Enfriamiento reversible a presión constante. 4.- Compresión adiabática reversible
  10. 10. El área bajo la curva formada por las trayectorias 1→2→3 en el diagrama Ts representa la cantidad total de calor añadido al sistema. Si hacemos que esta área sea igual al área bajo la línea horizontal 6→7, podemos escribir
  11. 11. Con objeto de evitar la erosión en el extremo de baja presión de la turbina debido al exceso de humedad en el vapor al final del proceso de expansión, podemos operar el ciclo de Rankine con sobrecalentamiento, como se indica esquemáticamente en el diagrama T-s de la figura 11.5a. La manera en que se dispondría el equipo necesario para tal modificación se muestra en la figura 11.5b.
  12. 12.
  13. 13. Si los procesos de transferencia de calor son reversibles, el calor transferido al fluido en el conjunto caldera-sobrecalentador viene representado por el área encerrada entre los estados 2-d-3`-3-b-a-2 del diagrama Ts de la figura 16.2. El área encerrada por los puntos 1-4-b-a-1 representa entonces el calor cedido por el fluido en el condensador.
  14. 14. El trabajo neto que proporciona el ciclo esta representado por la diferencia de áreas del calor que entra y el calor que sale, es decir, el área 1-2-d-3`-34-1. El rendimiento térmico se define como: wneto.sal. /qsum.
  15. 15. Aplicando la ecuación de la energía por unidad de masa y en régimen estacionario a cada componente por separado, se obtienen las expresiones del calor y el trabajo del ciclo de Rankine. Despreciando las variaciones de energía cinética y potencial, la ecuación básica de la energía en régimen estacionario queda reducida para cada uno de los procesos aq+w=hsal. – hent. El trabajo isoentrópico de la bomba viene dado por: wB = h2-h1
  16. 16. EJEMPLO: Un ciclo de Rankine que utiliza vapor de agua como sustancia de trabajo, opera entre los límites de presión 7.5 kPa y 17.0 kPa la temperatura máxima del ciclo es de 500 °C. Determínese: La eficiencia térmica del ciclo; El consumo especifico de vapor. Solución: Se tiene para la turbina, WT= h4-h5
  17. 17. De las tablas de vapor, h4=3428.0 kJ/kg s4=6.4430 kJ/kg.K Por lo tanto, s4 =s5= [sg – (1 – x)5 sfg] a 7.5 kPa 6.4430 = 8.2523 – (1 – x)5(7.6760), De donde se obtiene (1 – x)5 = 0.2357. por lo tanto, h5 = [hg-(1-x)5hfg] a 7.5 kPa = 2574.9 – (0.2357)(2406.2) kJ/kg = 2007.8 kJ/kg Y WT = 3428.0 – 2007.8 kJ/kg = 1420.2kJ/kg
  18. 18. Para el condensador se tiene qsal = h6 – h5 = 158.77 – 2007.8 kJ/kg = -1839.0 kJ/kg Para la bomba Wp = h6 - h1 ≈ -v (p1 – p6) = - 0.00110079 (17,000 – 7.5) kJ/kg = - 17.13 kJ/kg h1 = h6 – wp = 168.77 – ( - 17.13) kJ/kg Y para el generador junto con el sobrecalentador, Qent = h4 – h1 =3428.0 – 185.9 kJ/kg = 3242.1 kJ/kg
  19. 19.
  20. 20. El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico en el que se relaciona el consumo de calor con la producción de trabajo. El ciclo de recalentamiento ha sido desarrollado para incrementar el rendimiento en altas presiones y también evitar la humedad excesiva en los pasos de baja presión de la turbina.
  21. 21. Proceso de expansión sucede en dos etapas: PRIMERA ETAPA: (En turbina de alta presión) en esta el vapor se expande isoentrópicamente hasta una presión intermedia y regresa a la caldera donde se recalienta a presión constante. SEGUNDA ETAPA: (Turbina de baja presión) el vapor se expande isoentrópicamente hasta la presión del condensador.
  22. 22. Para calcular el rendimiento térmico de un ciclo de recalentamiento:
  23. 23. Se utiliza agua como fluido de trabajo por sus siguientes características: -Es abundante y en consecuencia barata en el planeta. -No es tóxica. -Es químicamente estable. -Sobretodo posee un alto calor específico.
  24. 24. CONSIDERACIONES -El uso de más de dos etapa de recalentamiento no es práctico, la ganancia en la eficiencia es tan pequeña que no justifica el costo y la complejidad adicional. -Si se pudiera encontrar materiales que nos permitieran sobrecalentar el vapor, el ciclo Rankine simple sería más eficiente que el ciclo de recalentamiento, y entonces no sería necesario el ciclo de recalentamiento.
  25. 25. El ciclo de Rankine con recuperación consiste: Mejorar la eficiencia del ciclo Proporcionar un medio conveniente de desairar el agua de alimentación para evitar la corrosión en la caldera. Controla el gran flujo volumétrico del vapor en las etapas finales de la turbina
  26. 26. Un calentador del agua de alimentación es un intercambiador de calor donde éste se transfiere del vapor, al agua de alimentación mediante la mezcla de ambos flujos de fluido, calentadores de agua de alimentación abiertos. O sin mezclarlos, calentadores de agua de alimentación cerrados. Calentador abierto de agua de alimentación Calentador cerrado de agua de alimentación  Una cámara de mezclado en la que el valor extraído de la turbina se mezcla con el agua de alimentación que sale de la bomba.  La mezcla sale del calentador como liquido saturado a la presión del calentador  El calor se transfiere del vapor extraído hacia el agua de alimentación sin que suceda ninguna mezcla.  Los dos flujos pueden estar a presiones diferentes, puesto que no se mezclan.
  27. 27. Esquema del ciclo de El cicloRankine finaliza con el calentamiento del agua en la caldera a bomba leva la P del gua hasta la P e la caldera La mezcla sale como liquido saturado a P del calentador Calentadores abiertos de agua de alimentación El vapor entra a la turbina a la P de la caldera El agua de condensada (agua de alimentación), entra al bomba y se comprime hasta la P del CAA Diagrama de Mollier del ciclo de Rankine El vapor se expande isentrópicamente hasta una P intermedia El vapor restante continúa su expansión hasta la P del condensador El vapor sale como liquido saturado a P del condensador
  28. 28. CALENTADORES CERRADOS DE AGUA DE ALIMENTACIÓN Esquema de un calentador cerrado Sale como un liquido saturado a la presión de extracción El agua de alimentación se calienta hasta la T del vapor Diagrama de Mollier
  29. 29. Los calentadores abiertos y cerrados de agua de alimentación pueden ser comparados de la siguiente manera: Calentadores abiertos Calentadores cerrados  Son simples y económicos  Tienen buenas características para la transferencia de calor.  Llevan el agua de alimentación al estado de saturación  Son más complejos, por lo tanto más caros  La transferencia de calor es menos eléctrica  Los dos flujos no entran en contacto Desventaja  Cada calentador requiere una bomba para manejar el agua de alimentación Ventaja  Los calentadores no requieren una bomba independiente para cada calentador.
  30. 30. CONCLUSIÓN Un ciclo Rankine de potencia ideal consta de una turbina y una bomba isoentrópicas, con intercambio de calor en una caldera-sobrecalentador y un condensador a presión constante. El efecto que se consigue al disminuir la presión del condensador es aumentar el calor suministrado, el trabajo de salida, el rendimiento térmico y el contenido en humedad a la salida de la turbina. Las irreversibilidades de la turbina y la bomba disminuyen en el trabajo neto de salida y el rendimiento térmico, pero aumentan la calidad de vapor a la salida de la turbina. El ciclo de Rankine es el ciclo ideal que sirve de base al funcionamiento de las centrales térmicas con turbinas de vapor, las cuales producen actualmente la mayor parte de la energía eléctrica que se consume en el mundo. Es una modificación del ciclo Carnot, esto con el fin de mejorar el sistema térmico corrigiendo los problemas que este produce.
  31. 31. BIBLIOGRAFIA 1. Huang Francis F. 1994. Ingeniería termodinámica. Ed. CECSA. México 2.- Van Wylen, Gordon J. Fundamentos de Termodinámica. Editorial Limusa. Decimocuarta reimpresión. México, D.F. 1989. pp. 329-333. 3.- Donald E. Richards, Kenneth Wark, Jr. Termodinámica. Mc.GRAW WHILL/INTERAMERICANA DE ESPAÑA. Sexta edición 2001 4.- Yunus A. Cengel, Michael A. Boles. Termodinámica. . Mc.GRAW WHILL/INTERAMERICANA EDITORES. Sexta edición 2009. México, DF. 5.- www.wikipedia.com

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