Es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia. Como cualquier otro ciclo de potencia, su eficiencia está acotada por la eficiencia termodinámica de un ciclo de Carnot que operase entre los mismos focos térmicos. Debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero y físico escocés Willian John Macquorn Rankine.
Motores térmicos:
Conjunto de elementos mecánicos que permiten obtener energía mecánica a partir de la energía térmica de un fluido (la energía térmica del fluido puede prevenir de una reacción de combustión, nuclear o de energía solar).
Objetivos:
- Identificar las principales características que debe tener un fluido para que pueda ser
utilizado eficientemente en un ciclo de Rankine.
- Encontrar procedimientos para aumentar la eficiencia termodinámica de un ciclo
ideal de Rankine.
- Mostrar los beneficios de usar el Ciclo Rankine con recalentamiento.
Justificación:
- Procedimientos para aumentar la eficiencia termodinámica de un ciclo ideal de Rankine:
La idea para mejorar un ciclo Rankine es aumentar el salto entálpico entre 1 y 2, es decir, el trabajo entregado a la turbina. Las mejoras que se realizan de forma habitual en centrales térmicas(tanto de carbón, como ciclos combinados o nucleares) son:
- Reducción de la presión del condensador.
- Aumentar la presión del condensador.
- Sobrecalentar la temperatura de entrada de la turbina.
- Recalentamientos intermedios del vapor, escalonando su expansión.
- Realizar extracciones de vapor en la turbina, calentando el agua de alimentación a la caldera,
aumentando su entalpía.
- El ciclo ideal de Ranking:
El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua(si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor del agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje(este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado líquido(habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago).
Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.
- Ciclo Rankine con recalentamiento:
El recalentamiento es un procedimiento mediante el cual no sala mente puede lograrse un ligero aumento de la eficiencia termodinámica de un ciclo de Rankine, sino también una reducción del grado de condensación en las turbinas. El ciclo con recalentamiento en su forma más simple consiste en permitir que el vapor de la caldera inicialmente sobrecalentado, se expanda primero en una turbina de alta presión hasta una presión a la cual apenas comience la condensación, luego volver a calentar el vapor mediante un proceso a presión constante, en un equipo llamado recalentador (generalmente un haz de tubos en el interior de horno de la caldera) y finalmente expandirlo hasta la presión del condensador en una turbina de baja presión.
-Resultados:
Formulas:
El Rendimiento: El rendimiento viene definido,como en todo ciclo, por :
Rt = W/Qabs
Donde:
Rt: Rendimiento térmico.
W: Trabajo neto realizado.
Qabs: Calor Absorbido.
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
float Rt, W, Qabs;
cout<<"INTRODUCE EL TRABAJO NETO:"<<endl;
cin>>W;
cout<<"INTRODUCE EL CALOR ABSORBIDO:"<<endl;
cin>>Qabs;
Rt = W / Qabs;
cout<<"El RENDIMIENTO TERMICO ES = " <<Rt<<endl;
system("pause");
return 0;
}
El Rendimiento Térmico:
n = (Wt - Wb) / Qin
Donde:
n: Rendimiento térmico del ciclo.
Wt: Potencia mecánica de la turbina.
Wb: Potencia mecánica de la bomba.
Qin: Potencia térmica.
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
float Wt, Wb, Qin, n;
cout<<"INTRODUCE LA POTENCIA MECANICA DE LA TURBINA:"<<endl;
cin>>Wt;
cout<<"INTRODUCE LA POTENCIA MECANICA DE LA BOMBA:"<<endl;
cin>>Wb;
cout<<"INTRODUCE LA TERMICA DE ENTRADA:"<<endl;
cin>>Qin;
n = (Wt - Wb) / Qin;
cout<<"El RENDIMIENTO TERMICO DEL CICLO ES = " <<n<<endl;
system("pause");
return 0;
}
Se puede hacer un balance energético en el condensador y la caldera, lo que nos permite conocer los flujos masicos de refrigerante y gasto de combustible respectivamente, así como el balance entrópico para poder sacar la irreversibilidad del ciclo y energía perdida.
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