El ciclo Rankine es un ciclo termodinámico utilizado en centrales térmicas de vapor para convertir calor en trabajo, basado en procesos de compresión, adición de calor, expansión y rechazo de calor. Se analizan formas de incrementar su eficiencia, como la reducción de la presión del condensador y el uso de recalentamiento. Además, se considera el ciclo Rankine regenerativo, que mejora la eficiencia al utilizar vapor de la turbina para calentar el fluido de trabajo antes de entrar en la caldera.

1. Ciclos de Potencia de Vapor:
Generación de Potencia
Ciclo Rankine

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. 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. 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. 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. Proceso Cíclico en una Máquina de
Vapor
Generación de Potencia

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. 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. [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. Irreversibilidades del Ciclo Rankine
Generación de Potencia
•Fricción del Fluido
•Pérdida de Calor

11. Incrementar la
Temperatura
Promedio en la
Caldera
¿Cómo incrementar la Eficiencia?
Disminuir la
Temperatura
Promedio en el
Condensador

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. 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. 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. 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. 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. ¿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. 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. 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. 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. 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. 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. GRACIAS!
La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina.
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