Cicló rankine cursos de maquinas térmicas, universidad continental

1. H
UNIDAD 2: PLANTAS TÉRMICAS CON TURBINAS A VAPOR/GAS
Docente: Mg. Ing. Erick Hans Araca Berrios
Horario: Miércoles 20:30 - 21:59 horas (remoto)
Domingo 14:30 – 17:29 horas (remoto)

2. RESULTADO DE APRENDIZAJE DE
LA UNIDAD
Al finalizar la unidad, el estudiante será capaz de explicar el
principio de funcionamiento, eficiencias, costos e impacto
ambiental de las diversas plantas de generación identificando la
Influencia de las presiones y temperaturas.

3. CONTENIDO
Unidad II: Plantas térmicas con turbinas a
 vapor/gas
1. Análisis del Ciclo Rankine.
2. Análisis del ciclo Brayton.
3. Componentes principales y auxiliares de la planta.
4. Descripción clasificación y Curvas características.

4. Propósito de la
sesión: 1
Estudiar, analizar y comprender el ciclo Rankine siendo este
un ciclo que opera con vapor, y es el que se utiliza en las
centrales termoeléctricas. Consiste en calentar agua en una
caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor. Éste
será llevado a una turbina donde produce energía cinética a
costa de perder presión.

5. a) Que entiende por el ciclo Rankine?
b) Que nos dice el proceso del ciclo Rankine ?
c) Como aplicaria usted el ciclo Rankine vida cotidiana?
d) Como influye el ciclo Rankine en la ingeniera eléctrica?
Actividades de
inicio:

6. Actividades de desarrollo:
CICLO RANKINE
En el ciclo Rankine los diagramas p-V en los que interviene un líquido que se
vaporiza tienen una diferencia respecto a los de gas: aparece la llamada campana
de cambio de fase.

7. A la izquierda de la campana tenemos estado líquido, que
apenas varía su volumen cuando se calienta o se aumenta su
presión. Por eso las líneas isotermas son casi verticales.
A la derecha de la campana tenemos vapor, que se comporta
como un gas, por lo que las líneas isotermas son similares a
las de los gases ideales.
En el interior de la campana, el líquido se está evaporando,
y las líneas de temperatura constante son horizontales. Ésto
es debido a que dada una presión, el calor que se le aporte al
fluído no se emplea en elevar la temperatura, sino en la
evaporación.
INTERPRETACIÓN DEL CICLO RANKINE

8. - En el proceso 1-2 se aumenta la presión del líquido sin pérdidas de calor
mediante un compresor o bomba, al que se aporta un pequeño trabajo.-
El proceso 2-3 es una transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a
presión constante en la caldera. Con este calor se evapora todo el líquido y
se calienta el vapor hasta la temperatura máxima.
- La expansión del proceso 3-4 se realiza de forma adiabática. El vapor
realiza un trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta un valor
bajo de presión al cual se transfiere el vapor al condensador.
- El proceso 4-1 consiste en refrigerar el vapor de trabajo a presión
constante en el condensador hasta el estado de líquido, para iniciar de
nuevo el ciclo.
PROCESOS DURANTE EL CICLO RANKINE IDEAL

9. PROCESOS DURANTE EL CICLO RANKINE

10. PROCESOS DURANTE EL CICLO RANKINE

11. El rendimiento ideal de este ciclo tiene el mismo valor que
el ciclo de Carnot:
Aunque jamás se alcanzan valores tan elevados. Para mejorar
en lo posible el aprovechamiento del combustible quemado se
somete al fluido a una serie de procesos que tienen como objeto
aumentar el área encerrada por el diagrama. Entre éstos
destacan los siguientes:
PROCESOS DURANTE EL CICLO RANKINE

12. - Precalentamiento del agua comprimida con los gases que escapan
por la chimenea de la caldera. No aumenta el área del diagrama, pero
sí reduce el calor que se debe introducir al ciclo.
- Recalentamiento del vapor que ha pasado por la turbina haciéndolo
pasar por la caldera y después por otra turbina de baja presión.
PROCESOS DURANTE EL CICLO RANKINE

13. - Regeneración, que consiste en extraer parte del vapor de la turbina para
precalentar el líquido antes de entrar a la caldera.
PROCESOS DURANTE EL CICLO RANKINE
Este ciclo Rankine es el que también cumplían las antiguas locomotoras y
máquinas de vapor. Para realizar el trabajo se utilizaba un cilindro de
doble efecto con un sistema provisto de una pieza desplazable
llamada corredera cuya misión era enviar el vapor a un lado u otro del
pistón:

14. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE
SUPERCRÍTICOS Y SUBCRÍTICOS

15. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE
SUPERCRÍTICOS Y SUBCRÍTICOS

16. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE
SUPERCRÍTICOS Y SUBCRÍTICOS

17. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE
SUPERCRÍTICOS Y SUBCRÍTICOS

18. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE
SUPERCRÍTICOS Y SUBCRÍTICOS
En las Figuras 11, 12 y 13 se muestran la eficiencia térmica, trabajo neto, consumo térmico
unitario y consumo específico de vapor para los ciclos supercríticos a tres diferentes
condiciones de vapor vivo y considerando las mismas presiones de recalentamiento y de
condensación. La mejor eficiencia térmica se tiene para el ciclo Rankine con doble
recalentamiento a las condiciones de 300 bar y 600°C. Para los ciclos con dos
recalentamientos en general presentan una mayor eficiencia térmica que cuando se tiene un
recalentamiento. Así mismo, el mínimo consumo térmico unitario y el consumo específico de
vapor se tienen para las mismas condiciones y con el ciclo con dos recalentamientos.

19. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS RANKINE
SUPERCRÍTICOS Y SUBCRÍTICOS
Los ciclos Rankine supercríticos presentan una mejor eficiencia
térmicas que los ciclos subcríticos, se incrementa en promedio 6%, y
por consecuencia se disminuyen los consumos térmico unitario y
específico de vapor, considerando que los ciclos supercríticos
generan una mayor potencia que los subcríticos. Así mismo, se debe
de considerar arreglos que incluyan dos recalentamientos ya que
con esto se evita tener una calidad de vapor inferior a 0.88.
CONCLUSIONES

20. Actividades de
cierre:
Ver el siguiente video
https://www.youtube.com/watch?v=Z1kf-Ad1Uos