Informe Ciclo De Rankine 206c1r

INTRODUCCION From the ideal Rankine cycle, a series of concepts will be broken down, as well as the analysis of the energy balance and the behavior of the Rankine cycle, taking into the part of how it is now in the industry and what processes companies are using to optimize the process at the energy and economic level.

OBJETIVE

It is a thermodynamic cycle that aims to convert heat into work, constituting what is called a power cycle.

CICLO DE RANKINE

Consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor, que se hace incidir sobre los álabes de una turbina, donde pierde presión produciendo energía cinética. Prosigue el ciclo hacia un condensador donde el fluido se licúa, para posteriormente introducirlo en una bomba que de nuevo aumentará la presión, y ser de nuevo introducido en la caldera.

PROCESO 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 de 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 condenso 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.

DIAGRAMA T-S DEL CICLO El diagrama T-s de un ciclo Rankine ideal está formado por cuatro procesos: dos isoentrópicos y dos isobáricos. La bomba y la turbina son los equipos que operan según procesos isoentrópicos (adiabáticos e internamente reversibles). La caldera y el condensador operan sin pérdidas de carga y por tanto sin caídas de presión. Los estados principales del ciclo quedan definidos por los números del 1 al 4 en el diagrama T-s (1: vapor sobrecalentado; 2: mezcla bifásica de título elevado o vapor húmedo; 3: líquido saturado; 4: líquido subenfriado). Los procesos que tenemos son los siguientes para el ciclo ideal (procesos internamente reversibles):

* PROCESO 1-2: Compresión isentrópica en una bomba el fluido de trabajo en fase líquida mediante una bomba, lo cual implica un consumo de potencia. Se aumenta la presión del fluido de trabajo hasta el valor de presión en caldera.

* PROCESO 2-3: Adición de calor a presión constante en una caldera. En un primer tramo del proceso el fluido de trabajo se calienta hasta la temperatura de saturación, luego tiene lugar el cambio de fase líquido-vapor y finalmente se obtiene vapor sobrecalentado. Este vapor sobrecalentado de alta presión es el utilizado por la turbina para generar la potencia del ciclo (la potencia neta del ciclo se obtiene realmente descontando la consumida por la bomba, pero ésta suele ser muy pequeña en comparación y suele despreciarse).

* PROCESO 3-4: Expansión isentrópica en una turbina desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador. Se realiza en una turbina de vapor y se genera potencia en el eje de esta.

* PROCESO 4-1: Rechazo de calor a presión constante en un condensador, de forma que el fluido de trabajo alcanza el estado de líquido saturado. Se realiza en un condensador (intercambiador de calor), idealmente sin pérdidas de carga.

APLICACIONES

El ciclo de Rankine es el ciclo ideal que sirve de base al funcionamiento de las centrales térmicas con turbinas de vapor, las cuales producen actualmente la mayor parte de la energía eléctrica que se consume en el mundo.

ESTUDIO DE CASO: Considere una central eléctrica de vapor que opera en el ciclo Rankine ideal simple. El vapor de agua entra a la turbina a 3 MPa y 350°C y es condensado a una presión de 75 kPa. Determine la eficiencia térmica de este ciclo. Suposiciones: 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 los cambios en las energías cinética y potencial son insignificantes. Análisis Observe que la central opera en el ciclo Rankine ideal, por lo tanto, la turbina y la bomba son isentrópica, no hay caídas de presión en la caldera ni en el condensador y el vapor sale de este último para entrar a la bomba como líquido saturado a la presión del condensador. Primero se determinan las entalpias en varios puntos del ciclo, utilizando los datos de las tablas de vapor (tablas A-4, A-5 y A-6). Estado 1. P 1 = 75 kPa h

Estado 1. 1= 75 kPa Estado 1. P₁=75kpa

Ph

h₁=hf a 75 kpa = 384,44 kJ/kg

Liquido saturado v₁= vf a 75 kpa = 0,001037 m³/kg Estado 2. P₂= 3 Mpa S₂ = S₁

WBomba, entrada= V₁(P₂ - P₁) = (384,44 + 3,03 ) kJ/kg = 3.03 kJ/kg h₂= h₁ + Wbomba, entrada = ( 384.44 + 3,03 ) kJ / kg = 387.47 kJ/ kg Estado 3.

P ᵌ =3 Mpa

T Estado 4. P

³ = 350°C

h = 3116.1 kJ / kg.k Sᵌ = 6.7450 kJ / kg.k

⁴ = 75 Kpa (mezcla saturada)

La eficiencia térmica también podría determinarse a partir de O Y Es decir, esta central eléctrica convierte en trabajo neto 26% del calor que recibe de la caldera. Una central eléctrica real que opera entre los mismos límites de temperatura y presión tendrá una eficiencia menor debido a irreversibilidades como la fricción. Comentario Note que la relación de trabajo de retroceso (r bw=Entrada/Wsalida) de esta central eléctrica es 0.004. Por lo tanto, sólo se requiere 0.4% de la salida de trabajo de la turbina para operar la bomba. Tener relaciones de trabajo de retroceso bajas es característico de los ciclos de potencia de vapor, lo cual contrasta con los de potencia de gas que por lo general incluyen relaciones de trabajo de retroceso muy altas (entre 40% y 80%)

PROGRAMA EDUCATIVO: OPERACIÓN DE PLANTA Y PROCESOS INDUSTRIALES

EXPERIENCIA EDUCATIVA: CICLO DE RANKINE

DOCENTE: ALFREDO PAJARO GARZON

TRABAJO: INFORME

ESTUDIANTES: EDER ARCIA TOUS ADRIANA RAMOS BARROS JEFFERSON ALVAREZ GARCIA DAIVER OLIVO GUTIERREZ

SECCION #2 SEMESTRE #5

CARTAGENA BOLIVAR 2018