Informe final

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL SANTA CRUZ
Final Maquinas Térmicas
Tema: “Centrales termoeléctricas de ciclo convencional a carbón”
Profesor: Ing. Eduardo Ñañez
J.T.P.: Ing. Christian Domínguez
Alumno: Escalante Eduardo Daniel
Año: 2018

1
Escalante Eduardo Daniel – UTN FRSC – IEM
Índice
Centrales térmicas o termoeléctricas convencionales ..........................................................2
1. Funcionamiento ............................................................................................................3
2. Elementos.....................................................................................................................4
Carbón .................................................................................................................................8
1. Clasificación..................................................................................................................8
2. Tipos de Carbón ...........................................................................................................8
3. Análisis elemental del carbón........................................................................................9
4. Potencia calorífica del carbón .......................................................................................9
5. Clasificación del carbón bruto .......................................................................................9
6. Manipulación y almacenamiento de carbón en centrales térmicas..............................10
7. Mezcla de carbones....................................................................................................10
8. REACCIONES DE COMBUSTION .............................................................................10
9. HIDROCARBUROS CORRIENTES............................................................................11
Centrales termoeléctrica ....................................................................................................11
1. Generador de vapor:...................................................................................................11
2. Una caldera ................................................................................................................11
3. Tipos de caldera .........................................................................................................11
Ciclo básico de las turbinas de vapor.................................................................................12
1. Ciclo de Carnot: ..........................................................................................................12
2. CICLO RANKINE: .......................................................................................................13
Bibliografía.........................................................................................................................15

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Centrales térmicas o termoeléctricas convencionales
Las centrales térmicas convencionales o termoeléctricas convencionales producen electri-
cidad a partir de combustibles fósiles como carbón, fuel-oil o gas natural.
El combustible se quema en la caldera, lo que provoca que se desprenda la energía calorífica
que contiene. Ésta se usa para calentar agua y transformarla en vapor a una presión y
temperatura muy elevadas. A su vez, el vapor a elevada presión y temperatura transfiere su
energía haciendo girar una turbina y un alternador para que éste produzca electricidad. La
electricidad generada pasa por un transformador para aumentar su tensión y así
transportarla a distancia reduciendo las pérdidas en los cables conductores.
El vapor que sale de la turbina después de haber cedido en ella su energía se recupera en
un elemento llamado condensador para convertirlo de nuevo en agua y así retornarlo a la
caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.
Al igual que la generación hidráulica de embalse, la producción térmica puede ponerse en
marcha de un modo flexible para responder de forma dinámica a la demanda de consumo
de los clientes.
Sin embargo, el coste de ponerla en marcha es mayor y tiene como efecto la emisión de
CO2, haciéndose necesaria una gestión responsable en su utilización.
La central térmica de ciclo combinado es la que utiliza de forma conjunta de dos máquinas
generadoras aprovechando dos veces la energía contenida en los gases de combustión:
• Un turbogrupo o turbina de gas que aprovecha directamente los gases generados por
la combustión del gas natural mezclado con aire, ciclo Brayton.
• Un turbogrupo o turbina de vapor que utiliza los gases que ya han realizado trabajo
en la turbina de gas, y que todavía son capaces de generar vapor que a su vez
impulsa la turbina asociada al generador, ciclo Rankine.
De ahí que se hable de ciclo combinado puesto que conjuga dos vías para generar electri-
cidad.
La biomasa es materia de origen biológico que contiene carbono y que puede tener aprove-
chamiento energético.
El aprovechamiento de la biomasa para producir electricidad puede ser por combustión: en
una caldera en la que se genera vapor a partir del cual se produce electricidad en una turbina
como en cualquier otra tecnología térmica.
Un caso particular de especial importancia es la CO-COMBUSTION, en ella lo que se hace
es incorporar biomasa en una central térmica de carbón convencional (combustible pulve-
rizado, lecho fluido o parrilla).
La biomasa puede también gasificarse mediante una «combustión parcial». En ella, se
genera un gas a partir del cual puede producirse energía eléctrica.
Se puede decir que una central térmica es una instalación que produce energía eléctrica a
partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera.

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1. Funcionamiento
El funcionamiento podría describirse del siguiente modo:
- El combustible, almacenado en depósitos situados en las inmediaciones de la central
(carbón, gasoil o gas natural), entra en la caldera para ser quemado. Durante su combustión
se produce calor que permite la evaporación del agua presente en las numerosas tuberías
que se encuentran alrededor de la caldera. El vapor de agua adquiere mucha presión, por lo
cual se utiliza para mover una turbina conectada al generador. Al girar la turbina se produce
la electricidad, que viaja del generador hasta los transformadores, que elevan la tensión para
transportar esta energía por la red eléctrica hasta los centros de consumo.
- Por otro lado, está funcionando el sistema de refrigeración que permite empezar de nuevo
el ciclo, es decir, condensa el vapor de agua para que pueda volver a ser utilizado. El agua
es condensada en una parte de la central que se mantiene a baja temperatura gracias a un
sistema cerrado de tuberías que lo refrigeran, el condensador. Las tuberías contienen agua
fría que reduce la temperatura del agua usada para mover la turbina, permitiendo su
condensación. Cuando el agua del sistema de refrigeración se calienta, se dirige hacia las
torres de refrigeración, donde se vuelve a enfriar en contacto con aire frío. Y así se realiza
continuamente el mismo ciclo.

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2. Elementos
Los elementos de una central térmica convencional son:
Depósito de combustible: Instalaciones dis-
puestas para el almacenamiento del combustible
utilizado por la central. Este combustible puede
ser: carbón, gas natural, derivados del petróleo
(fuel-oil, gasóleo).
Calderas: Fabricadas con materiales resistentes
a altas presiones y temperaturas, en ellas se
transforma la energía química en calorífica.
Chimeneas: Es el lugar por donde se expulsan
lo gases y subproductos resultantes de la com-
bustión de los combustibles fósiles empleados en
la central. Dependiendo del combustible emple-
ado los efectos contaminantes son distintos.
Generador de vapor: A partir de la energía
calorífica generada, en función del poder
calorífico del combustible empleado, es aquí
donde se genera el vapor a presión. Mediante la
combustión en el horno, el agua de la caldera se
hace hervir y se produce vapor sobrecalentado y
altas presiones.
Generador de vapor
Calderas

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Batería de turbinas: Suele estar formada por tres
turbinas. La primera recibe el vapor generado a
mayor presión, parte de este vapor pasa a la segunda
turbina a media presión y el resto del vapor es
reconducido a un precalentador para aprovechar la
energía interna que aún posee este vapor. Se vuelve
a repetir el proceso en la turbina de media presión, y
el exceso de vapor se emplea en otra turbina de baja
presión. Parte del vapor saliente de esta tercera
turbina se conduce al precalentador y la otra al con-
densador.
Recalentador o sobrecalentador: Su función es
evaporar las partículas de agua líquida que
acompaña al vapor procedente de la caldera,
mientras que los pre-calentadores aprovechan la
energía interna que contiene el vapor que procede de
la turbina de alta y media presión.
Condensador. – Se encarga de condensar el vapor
de agua procedente de las turbinas. Está refrigerado
por un circuito de agua independiente. Puede ser un
circuito abierto o cerrado. La refrigeración en circuito
abierto consiste simplemente en hacer pasar el agua
de un río, embalse o el mar por el circuito del conden-
sador. Una vez transferido el calor, se devuelve ínte-
gramente a la masa de agua.
El circuito cerrado requiere un volumen de agua
mucho menor. El vapor pasa primero a una torre de
enfriamiento, donde circula por finas rejillas que
aseguran la transferencia de calor a la atmósfera.
El proceso no es completamente cerrado, porque
parte del agua se pierde por evaporación en la
atmósfera. Es necesario alimentar el circuito con un
suplemento de agua fresca procedente de un río o
embalse.
Torre Generador de vapor: A partir de la energía
calorífica generada, en función del poder calorífico
del combustible empleado, es aquí donde se genera
el vapor a presión. Mediante la combustión en el
horno, el agua de la caldera se hace hervir y se
produce vapor sobrecalentado y altas presiones.
Chimenea
Circuito de refrigeración
Generador de corriente

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Generador de corriente: la batería de turbinas son
solidarias al mismo eje, así, conseguimos que la
energía mecánica total obtenida es la suma de la
producida por cada una de las turbinas. Esta energía
se transmite al generador produciendo corriente
alterna trifásica.
Transformador: antes de pasar la energía eléctrica
generada en la central a la línea de distribución, se la
hace pasar por un transformador para aumentar su
tensión y evitar pérdidas durante el transporte por la
red de distribución de alta tensión.
Central térmica a carbón de Meirama (Españá). 580 MW.
Empresa: Gas Natural Fenosa
Central térmica a carbón de Rio Turbio (Argentina). 240 MW.
Empresa: YCRT (14 mineros del 14-004)
Transformador

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Las centrales térmicas convencionales producen energía eléctrica a partir de combustibles
fósiles, como son el carbón, el fuelóleo o el gas. Además, utilizan tecnologías clásicas para
la producción de electricidad, es decir mediante un ciclo termodinámico de agua/vapor.
El carbón almacenado en el parque (1) cerca de la central es conducido mediante una cinta
transportadora hacia una tolva (2) que alimenta al molino (3). Aquí el carbón es pulverizado
finamente para aumentar la superficie de combustión y así mejorar la eficiencia de su
combustión. Una vez pulverizado, el carbón se inyecta en la caldera (4), mezclado con aire
caliente para su combustión. La caldera está formada por numerosos tubos por donde circula
agua, que es convertida en vapor a alta temperatura. Los residuos sólidos de esta
combustión caen al cenicero (5) para ser posteriormente transportados a un vertedero. Las
partículas finas y los humos se hacen pasar por los precipitadores (6) y los equipos de
desulfuración (7), con el objeto de retener un elevado porcentaje de los contaminantes que
en caso contrario llegarían a la atmósfera a través de la chimenea (8).
El vapor de agua generado en la caldera acciona los álabes de las turbinas de vapor (9),
haciendo girar el eje de estas turbinas que se mueve solidariamente con el rotor del
generador eléctrico (12). En el generador, la energía mecánica rotatoria es convertida en
electricidad de media tensión y alta intensidad. Con el objetivo de disminuir las pérdidas del
transporte a los puntos de consumo, la tensión de la electricidad generada es elevada en un
transformador (13), antes de ser enviada a la red general mediante las líneas de transporte
de alta tensión (14).
Después de accionar las turbinas, el vapor de agua se convierte en líquido en el condensador
(10). El agua que refrigera el condensador proviene de un río o del mar, y puede operar en
circuito cerrado, es decir, transfiriendo el calor extraído del condensador a la atmósfera
mediante torres de refrigeración (11) o, en circuito abierto, descargando dicho calor
directamente a su origen.

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Carbón
1. Clasificación
Al intentar clasificar los diversos carbones parece lógico analizar el carbón con arreglo a sus
características, como son las propiedades intrínsecas químicas y físicas del carbón, debidas a su
origen, constitución y grado de metamorfismo. El mecanismo del metamorfismo o fosilización, consta
de las siguientes etapas:
1. Acumulación del depósito vegetal.
2. Pudrición por hongos o alteraciones químicas.
3. Inmersión bajo agua suficientes para detener la pudrición y fijar las reacciones.
4. Enterramiento bajo capas sedimentarias.
5. Acción de la presión, del tiempo y de la temperatura.
En la primera y segunda etapa, la vida de la planta queda confinada en un pantano con parte del
vegetal descomponiéndose y parte ya descompuesto bajo el agua. La tercera etapa de la formación
del carbón, comienza cuando el nivel del agua se eleva más rápidamente que los restos de plantas,
de manera que se detiene toda vida vegetativa y los sedimentos de las corrientes cubren la turba.
Las capas de turba enterrada bajo 15 o 30 m de tierra, originan el lignito y representan la cuarta
etapa. La etapa final o metamorfismo se representa por el cambio a hulla o antracita. Las enormes
presiones de la corteza terrestre, debido a las alteraciones de la misma, elevan la temperatura a un
punto en el que no pueden existir ni oxígeno, ni material volátil, ni humedad, disminuyendo cada vez
más la volatilidad del carbón, cuya calidad depende de esta eliminación de la materia volátil.
2. Tipos de Carbón
La clasificación más extendida del carbón es en función de su poder calorífico (poder para producir
combustiones o quemar). Cuanta más proporción tienen de carbono mayor poder calorífico por lo
que más valioso y mejor será. Según esto tenemos:
• Turba, es el primer producto que se presenta en el proceso de formación del carbón y es una
sustancia heterogénea de material vegetal parcialmente descompuesta y de materia mineral.
Su color va desde el amarillo al pardo o marrón oscuro, dependiendo de su edad geológica;
contiene hasta un 70% de humedad, su poder calorífico es bajo, del orden de 1600 [Kcal/kg]
• Lignito: combustible usualmente con alto porcentaje de humedad (25-45%), y muy bajo
contenido de carbono (35-45%) y poder calorífico (3 300 - 4 200 [Kcal/Kg]).
• Carbones subituminosos: son de mayor poder calorífico que los tipos ya mencionados (4
200 a 5600 [Kcal/Kg]), teniendo mayor contenido de volátiles y menor contenido de carbono
que los carbones bituminosos.
• Carbones bituminosos: Carbón de alto poder
calorífico superior (6 500 a 7 500 [Kcal/Kg]), tienen
mayor porcentaje de volátiles (15-45%) y menor
porcentaje de carbono (65-80%) que la antracita.
• Antracita: también de alto PCS, bajo contenido de
volátiles (2-12%) y alto contenido de carbono (75-
85%). Comúnmente contiene baja humedad (3-6%).
• Grafito, una de las tres formas alotrópicas del
carbono; las otras son el diamante y el carbón. Color
negro y brillo metálico, graso al tacto y buen
conductor de la electricidad.

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3. Análisis elemental del carbón
Este análisis sirve para clasificar los carbones de acuerdo con cuatro propiedades. Características
físicas adicionales son necesarias para discriminar las hullas grasas inferiores y los lignitos. Las
cuatro propiedades son: (1) humedad, (2) material volátil, (3) cenizas, y (4) carbono fijo. Además, es
necesario un valor térmico, la potencia calorífica, expresada en kcal/kg, tal como se recibe el carbón,
o sea incluyendo la humedad.
- La humedad puede determinarse colocando 1 kg de carbón, tal como se recibe, en una
superficie considerable expuesta al calor seco. Una estufa secadora mantenida a 60ºC
durante 24 hs, eliminara toda la humedad de la superficie de la muestra. La cantidad se
desprende del pesaje de la muestra humedad y la muestra seca.
- Las cenizas se determinan pesando con suma exactitud una cantidad de carbón pulverizado,
entre 1 o 2 gramos, y colocando después la muestra en un crisol de porcelana. Se coloca la
misma en un horno eléctrico a la temperatura del rojo vivo o del anaranjado durante 24 hs.
En tal atmósfera la combustión es completa y el residuo en el crisol, es ceniza. De nuevo es
un simple asunto de pesadas.
- La materia volátil se deduce colocando una muestra de carbón pulverizado, como 1 gramo,
en un crisol especial, sobre la llama de un mechero Bunsen, que habrá sido previamente
regulada, se cierra herméticamente. Se calienta a 925 ºC durante 7 minutos exactamente,
durante cuyo tiempo las materias volátiles se habrán desprendido por completo. Una vez más,
solo es cuestión de pesadas la determinación del porcentaje.
- Se considera que el carbono fijo es la diferencia entre 100 % y la suma de los porcentajes
de humedad, cenizas y materia volátil, ya calculados.
4. Potencia calorífica del carbón
La determinación de la potencia calorífica (kcal/kg) se lleva a cabo con un aparato especial llamado
“bomba calorimetrica”.
Debe existir una relación entre el análisis químico del carbón y su potencia calorífica, la siguiente es
la fórmula de Dulong-Petit da con bastante aproximación de tal potencia.
H = 8000 C + 35000 (H – O/8) + 2200 S
Donde:
H = potencia calorifica superior en kcal/kg.
C = porcentaje de carbono.
H = porcentaje de hidrógeno.
O = porcentaje en oxígeno.
S = porcentaje de azufre.
5. Clasificación del carbón bruto
En las plantas termoeléctricas, la reducción del tamaño de los trozos de carbón se limita a la
trituración y pulverización, aunque en algunas ocasiones resulta económico comprar pre-triturados
en el caso de unidades de poca potencia y, en particular, en hogares mecánicos. Cuando se limita
la cantidad máxima de finos en el carbón, la degradación del tamaño de sus partículas que tiene
lugar durante el transporte y manipulación, se debe tener en cuenta a la hora de establecer las
especificaciones correspondientes al suministro, para evitar el peligro de incendio. Para plantas que
tienen unidades con hogares mecánicos, el carbón se compra calibrado. Para calderas que operan
con hogares de carbón pulverizado, se especifica un tamaño máximo de entrega y no se limita el
porcentaje de finos, de forma que el carbón resulte aceptable para la trituración y pulverización.

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El carbón se tritura para reducir el tamaño de sus partículas y se atomiza a otro tamaño más fino en
el pulverizador.
6. Manipulación y almacenamiento de carbón en centrales térmicas
El almacenaje del carbón en una planta termoeléctrica es necesario para proveer un suministro
continuo y seguro de combustible. Una planta de 100 MW quema 850 Tn/día, mientras que otra de
1300 MW requiere alrededor de 11000 Tn/día de carbón. En algunas centrales termoeléctricas hay
que almacenar, por ley, una cantidad mínima de carbón equivalente al consumo de 60 a 90 días de
operación a plena carga, por lo que el factor económico es la clave para determinar cuándo se debe
comprar el carbón y cuánto se debe almacenar en la planta energética. En plantas industriales
pequeñas, el almacenamiento en silo se prefiere al almacenaje en pila, con ventajas que incluyen el
abrigo frente a los agentes atmosféricos y la facilidad de recuperación. Comercialmente existen
tanques y silos prefabricados, con capacidades que alcanzan 2700 m3 y que pueden contener del
orden de 2200 Tn de carbón. La complejidad de las operaciones de almacenamiento y manipulación
del carbón se incrementan con el tamaño del generador de vapor.
7. Mezcla de carbones
Cuando el generador de vapor se aprovisiona con carbones procedentes de varias fuentes, se
requiere una mezcla efectiva de los mismos que facilite una alimentación uniforme a la caldera. La
utilización de carbones múltiples puede estar justificada:
- Por motivos económicos
- Por el contenido de S en el carbón de referencia
- Por el efecto de los distintos carbones en la operación de la caldera
El objetivo de la mezcla es facilitar un suministro de carbón con propiedades uniformes, que
definan:
- El contenido de S (Azufre)
- El poder calorífico
- El contenido de humedad
- La grindabilidad
- Cualquier otro parámetro característico del combustible.
La mezcla de carbones puede tener lugar en una ubicación remota y en la propia planta generadora
de vapor. La mezcla realizada lejos de la planta consumidora elimina la necesidad de un
almacenamiento independiente y de otras instalaciones que se precisan para la mezcla de los
carbones.
8. REACCIONES DE COMBUSTION
El objeto de la combustión es el de proporcionar una producción de calor uniforme y regulada para
ser trasmitida a un medio que la absorba. Una de las cuestiones más importante es la de suministrar
una cantidad exacta de oxigeno por unidad de peso del combustible para que se realice la
combustión completa. Además de la exactitud correcta de la mezcla “aire-combustible”, se debe dar
el tiempo necesario para que la mezcla sea íntima y para que el combustible arda completamente;
la temperatura en el hogar o en la cámara de combustión debe ser tal que mantenga la combustión.
La combustión es una reacción intermedia entre las más lentas y rápidas conocidas. Si el calor
desarrollado en una reacción de combustión se genera tan lentamente que no se produce una
elevación apreciable de temperatura en un corto periodo de tiempo, tendremos el límite inferior. El
superior es el caso de un explosivo de alta potencia, a cuya explosión sigue una instantánea
elevación de temperatura y presión, acompañadas de una detonación.

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9. HIDROCARBUROS CORRIENTES
Metano = C H4
Etano = C2 H6
Propano = C3H8
Butano = C4 H10
Pentano = C5H12
Centrales termoeléctrica
1. Generador de vapor: Es el conjunto constituido por la caldera y los restantes equipos
auxiliares de la instalación que son necesarios para el adecuado funcionamiento de la unidad, es
decir, incluye el sistema de combustible, ventiladores, sopladores, sopladores de hollín,
precalentadores de aire, chimeneas, conductos, sistema de regulación, etc. En la práctica
indistintamente se emplea el término de caldera o generador de vapor, para denominar al conjunto
de las instalaciones.
2. Una caldera es un dispositivo que está diseñado para generar vapor saturado. Este vapor
saturado se genera a través de una transferencia de energía (en forma de calor) en la cual el fluido,
originalmente en estado líquido, se calienta y cambia de estado. La transferencia de calor se efectúa
mediante un proceso de combustión que ocurre en el interior de la caldera, elevando
progresivamente su presión y temperatura. La presión, como se indicó al inicio, no puede aumentar
de manera desmesurada, ya que debe permanecer constante por lo que se controla mediante el
escape de gases de combustión, y la salida del vapor formado.
Debido a que la presión del vapor generado dentro de las calderas es muy grande, estas están
construidas con metales altamente resistentes a presiones altas, como el acero laminado.
Las calderas se clasifican por su diseño en pirotubulares o acuatubulares. Sin embargo, pueden ser
clasificadas desde otros aspectos, que incluyen, por el tipo de materiales de que están construidos,
por su aplicación, por la forma de toma de aire, por el tipo de combustible que utilizan, por la presión
con que operan o por el fluido portador de calor que emplean.
3. Tipos de caldera
Humotubulares: Los generadores humotubulares son empleados en el rango de presiones entre 5
a 30 kg/cm2 y producciones que van de 1 a 28 t/h, desplazando el generador acuotubular que
tradicionalmente se empleaba a partir de las 10 t/h de vapor.
La caldera humotubular está constituida por un recipiente que contiene agua en ebullición y que es
atravesado por tubos, por el interior de los cuales circulan los gases, producto de la combustión. Esta
se genera en el hogar, que constituye el primer pasaje de
gases, aquí la transmisión de calor se realiza principalmente
por radiación. Para su mayor aprovechamiento térmico los
gases son conducidos a un segundo pasaje de gases. La
cámara de retorno es exterior a la caldera y construida con
mampostería refractaria

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Acuotubulares: En este tipo de calderas el agua o vapor circulan dentro
de los tubos, colectores y domo, mientras que los gases de combustión
lo hacen exteriormente a estos elementos.
Los componentes de un generador de vapor moderno se disponen para
absorber eficientemente el calor de los productos de la combustión y para
suministrar vapor a la presión, temperatura y gasto másico especificados;
comprenden la caldera, sobrecalentador, recalentador, economizador
calentador de aire; estos equipos se complementan con sistemas
separadores agua-vapor y para el control de la temperatura de salida del
vapor.
El conjunto de la caldera se divide en dos partes: el hogar y el paso de
convección.
- El hogar es un amplio volumen abierto en el que tiene lugar la combustión, con paredes de
cerramiento refrigeradas por agua y vapor, y donde se refrigeran los productos obtenidos en el
proceso, hasta lograr la temperatura adecuada de los humos a la salida del hogar
- El paso de convección está conformado por bancos de haces de
tubos que configuran el sobrecalentador, el recalentador, el banco
de caldera y el economizador.
Normalmente, al paso de convección le sigue el equipo recupe-
rador o calentador de aire.
Pirotubulares: En este tipo, el fluido en estado líquido se
encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales
circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de
combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos
calientes, debido a la circulación de los gases de escape. No
confundir esta definición con la de un intercambiador de calor.
Ciclo básico de las turbinas de vapor
Estudiaremos el ciclo de Rankine, que es el ciclo más sencillo con que funcionan las TV. El ciclo de
Carnot tiene mejor rendimiento que el ciclo de Rankine. Estudiaremos previamente por qué el ciclo
de Carnot no se emplea en las TV, aunque teóricamente podría emplearse.
1. Ciclo de Carnot:
Considere un ciclo de Carnot de flujo estacionario ejecutado dentro
de la curva de saturación de una sustancia pura, como se muestra
en la figura 10-1a). El fluido se calienta de manera reversible e
isotérmicamente en una caldera (proceso 1-2); se expande
isentrópicamente en una turbina (proceso 2-3); se condensa
reversible e isotérmicamente en un condensador (proceso 3-4), y se
comprime de manera isentrópica mediante un compresor hasta su
estado inicial (proceso 4-1).

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La realización del ciclo de Carnot con el vapor de agua tiene los siguientes inconvenientes:
1) El rendimiento prácticamente alcanzable es pequeño, porque en la Ecuación (1), no pudiendo Tc
ser inferior a la temperatura del agua de refrigeración, el rendimiento será tanto mayor cuanto mayor
sea Ta; pero Ta, según lo indicado antes, en esta misma sección, no puede ser superior a la
temperatura crítica (Tc = 647,3 AK).
2) En el ciclo real la bomba o compresor que bombea vapor húmedo tendría un rendimiento muy
bajo.
3) El trabajo neto del ciclo es pequeño. En efecto: al ser las isobaras divergentes (véase la figura 2
(c) líneas 2-3 y 1-4), es fácil ver que el trabajo de compresión (h2 – h1) sería menor si se realizase en
la fase líquida, mientras que el trabajo de expansión (h3 – h4) sería mayor si se realizase en la fase
gaseosa. Ahora bien, según lo dicho, ambas cosas son prácticamente irrealizables. (El diseño de
una caldera con sobrecalentamiento isotérmico sería muy complicado).
4) Las dimensiones de la turbina al funcionar con vapor húmedo serían muy grandes, y su precio
muy elevado, o, dicho de otro modo, la potencia específica de la turbina (potencia por unidad de
volumen) sería muy pequeña.
5) La turbina trabajaría al final de la expansión con un grado de humedad excesivo; lo cual sólo puede
evitarse recurriendo a otro ciclo que permita la utilización de vapor sobrecalentado.
Sin embargo, el ciclo de Carnot: a) representa el techo o rendimiento térmico máximo alcanzable con
la temperatura Ta máxima y la temperatura Tc mínima disponibles; b) indica que la mejora de un ciclo.
2. CICLO RANKINE: EL CICLO IDEAL PARA LOS CICLOS DE
POTENCIA DE VAPOR
El ciclo Rankine es el ciclo ideal para las centrales eléctricas de vapor. El ciclo Rankine ideal no
incluye ninguna irreversibilidad interna y está compuesto de los siguientes cuatro procesos:
1-2 Compresión isentrópica en una bomba
2-3 Adición de calor a presión constante en una caldera
3-4 Expansión isentrópica en una turbina
4-1 Rechazo de calor a presión constante en un condensador

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Análisis de energía del ciclo Rankine ideal
Los cuatro componentes asociados con el ciclo Rankine (la bomba, la caldera, la turbina y el
condensador) son dispositivos de flujo estacionario, por lo tanto, los cuatro procesos que conforman
el ciclo Rankine pueden ser analizados como procesos de flujo estacionario. Por lo general, los
cambios en la energía cinética y potencial del vapor son pequeños en relación con los términos de
trabajo y de transferencia de calor, de manera que son insignificantes. Entonces, la ecuación de
energía de flujo estacionario por unidad de masa de vapor se reduce a
La caldera y el condensador no incluyen ningún trabajo y se supone que la bomba y la turbina son
isentrópicas, entonces la relación de conservación de la energía para cada dispositivo puede
expresarse como:
La eficiencia térmica del ciclo Rankine se determina a partir de
Donde

15
Bibliografía
Material de la catedra Maquinas Termicas "MD"
Yunus A. Cengel, Termodinamica 8 ed, Estados Unidos 2014
Revista Energiza.org, Espacial centrales termoelectrica, N°3 2013

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