Ciclo Rankine ideal
Los principios de la termodinámica son útiles para el ciclo de potencia de los generación de energía eléctrica (es decir, la salida de potencia neta) y para estudiar la refrigeración y la bomba de calor que requiere la entrada de potencia neta.
La clasificación de los ciclos de potencia de la termodinámica puede hacerse en dos tipos:
- El fluido de trabajo del ciclo de vapor existe en fase líquida durante una parte del ciclo (es decir, desde la salida del condensador hasta la caldera) y en fase mixta con el caldera de vapor y en fase de vapor en la salida de la caldera.
- El fluido de trabajo del ciclo de gas durante el ciclo permanece en fase gaseosa.
Vapor Las unidades de generación de energía funcionan con un ciclo de energía de vapor usando agua como fluido de trabajo.
En esta sección se intenta familiarizar a los lectores con los conceptos del ciclo de vapor ideal llamado Ciclo de Rankine.
Ciclo típico de una central eléctrica
La energía eléctrica se genera mediante el uso de centrales eléctricas de ciclo de vapor utilizando como combustible carbón, lignito, diesel, aceite de horno pesado, dependiendo de la disponibilidad y el costo. El esquema de flujo del ciclo de energía de vapor se indica a continuación:
Todo el planta de energía puede ser dividido en los siguientes subsistemas.
- Sub-sistema A: Clasificados como componentes principales de una central eléctrica (Turbina, Condensador, Bomba, Caldera) para la generación de energía.
- Sub-sistema B: Clasificado como chimenea, desde donde los gases de desecho son expulsados a la atmósfera.
- Sub-sistema C: Clasificado como generador eléctrico para convertir la energía mecánica en energía eléctrica.
- Sub-sistema D: Clasificado como Sistema de agua de refrigeración para absorber el calor del vapor rechazado en el condensador y ayudando a cambiar la fase del vapor a líquido (condensado).
El enfoque es estudiar el subsistema a que trata el ciclo de Rankine. Muchas de las limitaciones prácticas relacionadas con el El ciclo de Carnot puede ser convenientemente superado en Ciclo de Rankine.
Típico ciclo ideal de Rankine
En un ciclo de vapor si el fluido de trabajo en un ciclo de vapor pasa a través de varios componentes de la planta de energía sin irreversibilidad y caída de presión por fricción, entonces el ciclo se llama Ciclo Rankine ideal.
El ciclo de Rankine es el ciclo de funcionamiento básico de todas las centrales eléctricas en las que un fluido de trabajo cambia continuamente de fase de líquido a vapor y viceversa.
Los diagramas (p-h) y (T-s) son útiles para comprender el funcionamiento de Ciclo de Rankine junto con la descripción que se da a continuación:
1-2-3 Transferencia de calor isobárica o adición de calor a presión constante en una caldera
Caldera es un gran intercambiador de calor donde el combustible liberador de calor como el carbón, el lignito o el petróleo transfiere el calor indirectamente al agua a presión constante. El agua entra en la caldera de vapor desde la bomba de alimentación de la caldera como un líquido comprimido en el estado-1 y se calienta hasta la temperatura de saturación como se muestra en el diagrama T-s como estado-3.
El balance de energía en la caldera es o la energía añadida en el generador de vapor,
qen= h3-h1
3-4 Expansión isoentrópica o expansión isoentrópica en una turbina
El vapor de la salida de la caldera entra en la turbina en el estado 3, donde se expande isoentrópicamente sobre la pala fija y móvil de la turbina para producir el trabajo realizado en forma de rotación mecánica del eje de la turbina que a su vez está conectado al generador eléctrico.
Trabajo realizado por la turbina, (Descuidando la transferencia de calor con el entorno)
Wturbina fuera= h3-h4
4-5 Rechazo de calor isobárico o rechazo de calor a presión constante en un condensador
En el estado 4, el vapor entra en el condensador y el cambio de fase se produce cuando el vapor se condensa en líquido a presión constante en el condensador, transfiriendo el calor del vapor al flujo de agua circulante a través de los tubos del condensador. El cambio de fase ocurre en el condensador y el fluido de trabajo que sale del condensador está en estado líquido y marcado como punto 5.
Energía rechazada en el condensador, qfuera= h4-h5
5-1 Compresión isoentrópica o compresión isoentrópica en una bomba
El agua sale del condensador en el estado 5 y entra en la bomba. Esta bomba aumenta la presión del agua impartiendo trabajo durante los procesos. En unidades de menor tamaño y debido al bajo volumen específico este pequeño trabajo puede ser descuidado cuando se compara con el trabajo de la turbina de vapor.
El trabajo realizado en la bomba, por kg de agua, W51= h5-h1
La eficiencia térmica del ciclo de Rankine está dada por,
O
