Aplicaciones del Ciclo Rankine: Plantas de Generación Geotérmica y Térmica- Oceánica

1. Aplicaciones del
Ciclo Rankine:
GENERACIÓN GEOTÉRMICA Y OCEÁNICA

2. Generación de Energía Geotérmica

3.  La energía geotérmica es una fuente de energía
renovable que aprovecha el calor que existe en el
subsuelo de nuestro planeta. Sus principales aplicaciones
se dan en nuestra vida cotidiana: climatizar y obtener
agua caliente sanitaria de manera ecológica tanto en
grandes edificios
(oficinas, fábricas, hospitales, etc.) como en viviendas.
 Los recursos geotérmicos de alta temperatura (más de
100-150º C) se utilizan para generar energía eléctrica,
mientras que aquellos con temperaturas menores son
óptimos para los sectores industrial, servicios y residencial.

4.  Existen cuatro formas de explotación eléctrica de las fuentes geotérmicas,
mediante un ciclo Rankine convencional, según el sistema de ciclo utilizado:
1 – Sistemas de conversión directa.
2 – Sistemas de expansión súbita de una etapa.
3 – Sistemas de expansión súbita de doble etapa.
4 – Sistemas de ciclo binario.

5. 1 – Sistemas de conversión directa
 Es el más sencillo de los cuatro planteados, y
comúnmente utilizado.
 Es el idóneo en aquellos yacimientos hidrotérmicos
donde predomina el vapor seco con temperaturas
de 180 – 185 ºC y presiones de 0,8 – 0,9 MPa.
 El vapor sobrecalentado del pozo de extracción es
dirigido directamente a la turbina de expansión, y
hace girar el generador acoplada a ella.
 El vapor es dirigido al condensador, donde se
obtiene agua líquida saturada. Parte del agua se
hace pasar por la torre de refrigeración para que
sirva posteriormente de refrigerante en el propio
condensador, y el resto se reinyecta en el pozo.

6. Características Generales
 La eficiencia global es pequeña, debido a varios factores: por un
lado, la diferencia de presiones a la entrada y salida de la turbina
es pequeña.
 Por otra parte, la presencia inicial de gases no condensables
reduce el efecto de succión de la turbina (CO2 y H2S), y además
éstos han de ser reinyectados de nuevo para evitar el impacto
ambiental en la atmósfera, por lo que aumentan los consumos
auxiliares de la planta, reduciendo la eficiencia global de la planta.
 Este tipo de plantas pueden, de media, producir 1 kWh a partir de
6,5 kg de vapor, por lo que un grupo de 100 MW necesitaría una
alimentación de aproximadamente 180 kg/s de vapor.

7. 2 – Sistemas de expansión súbita
de una etapa
 En yacimientos hidrotérmicos donde
predomina el vapor húmedo.
 El vapor húmedo bien sufre una
evaporación súbita al ascender (debido
a la disminución de la presión).
 Previamente a que llegue el vapor
húmedo, se utiliza un separador de fases
para enviar el vapor seco a la turbina y
la salmuera de vuelta al acuífero por
medio del pozo de reinyección.

8. Características Generales
 El rendimiento es algo menor que en sistemas de
conversión directa, debido a que la turbina trabaja a
presiones y temperaturas más bajas (T = 155 – 165 ºC; P =
0,5 – 0,6 MPa).
 El gasto de vapor es, aproximadamente, de 8 kg/kWh,
lo que nos da un ratio de 222 kg/s para una central
típica de 100 MW de potencia.

9. 3 – Sistemas de expansión súbita
de dos etapas
 Surgen estos sistemas con el objetivo de
mejorar el rendimiento de las plantas de
expansión súbita.
 La salmuera llega primero a un depósito a baja
presión, donde se produce la primera
evaporación súbita y se conduce el vapor a la
turbina de alta presión.
 El líquido no evaporado se pasa a un segundo
depósito, a más baja presión, donde se
produce la segunda evaporación súbita: este
vapor es conducido junto con el exhausto de
la turbina de alta hacia la turbina de baja
presión.

10. Características Generales
 Este sistema aumenta el rendimiento de los sistemas de
una sola etapa en casi un 40%, incrementa la
producción eléctrica en un 25%, y suponen sólo un
aumento del 5% en el coste de la planta.
 Sin embargo, requieren de grandes volúmenes de
trabajo, del orden de 1000 kg/s para una planta de 37
MW

11. 4- Sistemas de Ciclos Binarios
 Yacimientos de entalpía media, más baja que la de los
comúnmente utilizados para la generación eléctrica.
 Con temperaturas de 100 – 200 ºC, predomina el vapor
húmedo, y es necesario utilizar un fluido de trabajo de
elevada presión de vapor (es decir, que tenga un punto de
ebullición menor al del agua), como el isobutano,
isopentano, o freón.
 Consta de dos circuitos, uno primario y otro secundario, que
funcionan a modo de intercambiador de calor: la salmuera
geotérmica se bombea manteniendo la presión a la que se
encuentra en el yacimiento hidrotérmico, evitando su
evaporación súbita, y se pone en contacto a través del
intercambiador de calor con el fluido de trabajo a
evaporar.
 Se produce la transferencia de calor termodinámico entre
ambos circuitos y el vapor generado del fluido de trabajo es
dirigido a la turbina.

12. Características Generales
 Dado que utilizan disolventes orgánicos, no es ciclo
Rankine convencional, sino un ORC (Organic Rankine
Cycle).
 Alrededor del 30% de la energía se consume en
mantener la presión sobre la salmuera, por una parte, y
en aumentarla en el fluido de trabajo, por otra.
 Alrededor de 700 kg/s de fluido es necesario para
generar una potencia de 30 MW.

13. Generación de Energía Oceánica

14. Generación de Energía Oceánica
La generación de energía oceánica:
aprovecha las variantes de
temperatura que ocurren desde la
superficie (temperaturas cálidas) del
mar hasta las que se encuentran en
profundidades (temperaturas frías) es
suficiente con 1000m.

15. Ciclo Rankine generando energía
oceánica
 El ciclo rankine es utilizado, ya que por medio
de este metodo se requiere el agua mas cálida
en la superficie para evaporar un fluido, este
queda en vapor húmedo y se busca separar el
liquido del vapor, se lleva el vapor seco a una
turbina de baja presión, después de este
proceso se lleva esta mezcla a un condensador
en donde se condensa gracias al agua que
están a 1000 m de profundidad que tienen una
temperatura mucho menor que las superficiales.

16. Ventajas
Remplaza el combustible fósil
Reduce la contaminación por monóxido y
dióxido de carbono.
Debería tener un descenso en las tarifas
eléctricas.
 La energía es renovable.

17. Desventajas
 Sus grandes estructuras dañara la
ecología marina.
 Costosas instalaciones.
 El agua siempre debe tener una
diferencia de temperatura de 20°C todo
el tiempo que opere.

18. Descripción Visual del Ciclo rankine empleado para le Generación de
Energía oceánica (1930)
http://www.ecodesarrollo.cl/descargas/Energia_Maremotermica.pdf

19. Descripción Visual del Ciclo rankine empleado para le Generación de
Energía oceánica
http://quimica-ingenieriaenergia.
wikispaces.com/ENERG%C3%8DA+T%C3%89RMICA+OCE%
C3%81NICA

20. Referencias
 http://blogingenieria.com/ingenieria-mecanica/energia-solar-oceanica/
 http://www.blogenergiasostenible.com/plantas-energia-maremotermica-
mas-grandes-mundo/
 http://quimica-ingenieriaenergia.
wikispaces.com/ENERG%C3%8DA+T%C3%89RMIC
A+OCE%C3%81NICA