CICLO RANKINE CON SOBRECALENTAMIENTO MINIMO Y BOMBA DE VACIO

CICLO RANKINE CON SOBRECALENTAMIENTO MINIMO Y BOMBA DE VACIOEl presente ciclo Rankine es una modificacin a conveniencia del ciclo Ranking Bsico, tomando en cuenta un sobrecalentamiento a la salida del caldero para asi no tener problemas con la humedad del vapor a la salida de la turbina, a parte se instala una bomba de vacio en el tanque de agua tratada donde se regula la presion de entrada a este tanque y por lo tanto se puede controlar las presiones de salida de la turbina (asegurando una mayor expansin en la turbina, a las salidas de los condensadores y el ingreso de la bomba), estas dos modificaciones realizadas al ciclo tienen una importancia indispensable ya que es la unica forma economica de aumentar la potencia entregada por la turbina para avastecer nuestros objetivos.

Las opciones de modificacion para el ciclo Basico estan abiertas y estas presentan distintas complicaciones para satisfacer nuestro objetivo, El caso de las extracciones es una manera efectiva de mejorar el rendimiento del ciclo pero el trabajo que se entrega por la turbina es mucho menor y como se puede observar en el desarrollo del ciclo presente los requerimientos de energa son de un nivel alto, tambin se debe considerar que se tiene como dato fijo la utilizacin del caldero del laboratorio de maquinas trmicas , por lo cual nos tenemos que amoldar a los parmetros y capacidades dispuestas por este caldero.El caso de un recalentamiento intermedio, es una disposicin mas de carcter econmico ya que la instalacin de 2 turbinas promueve un gran flujo economico, lujo que no se puede disponer fcilmente, ademas de otros accesorios necesarios para esta instalacion como la de un recalentador intermedio que es mas o menos un intercambiador de calor complejo en su diseo, pero si se podria asegurar un abastecimiento completo de energa pero con un costo de instalacion elevado.Es por eso que a todas estas alternativas se considero el cilo Ranking con sobrecalentamiento minimo y bomba de vacio, a continuacin se describe el modelo matematico de nuestro ciclo programado en EES:

Los resultados obtenidos con este modelo son los siguientes:

De esta forma se realiza el diagrama de bloques correspondiente a los procesos indicados:

El programa se detalla de mejor manera en el cd anexo al proyecto.

En el Diagrama TS el ciclo se puede representar de la siguiente forma:

A continuacin explicamos cada parmetro termodinmico del ciclo

EL CALDERO Proceso (de 4 a 5)

En el caldero se aporta calor llevando a la sustancia de trabajo desde liquido saturado hasta que sea vapor saturado, el estado 5 no se representa por que una obvies del ciclo, en este proceso se aade energa mediante combustible (En nuestro caso GLP) los parmetros del caldero ya se encuentran dados tal como la presion de trabajo, la temperatura y la cantidad de vapor produciso.EL SOBRECALENTADOR MINIMO (Proceso de 5 a 1)

Se lo denomino asi por que su diseo mecnico es sencillo solo consta de una caeria que conduce el vapor al interior de la chimenea por un trayecto de 1.8 m logrando calentar asi el vapor un delta de 20C es un intercambiador de calor basico que tiene como objetivo solo sobrecalentar al vapor para evitar la humedad a la salida de la turbina, solo un adisibleLA TURBINA (Proceso de 1 a 2)

El diseo de la turbina corresponde a la materia de Maquinas Trmicas 3 solo se menciona su instalacin, en el ciclo tomando en cuenta que al final de la expansin la presion de salida seria la atmosferica, pero con una modificacion que se describe mas adelante se logra bajar esta presion aumentando asi la produccin de energia de la turbina.EL GENERADOREste dispositivo electromecanico tambien solo es mencionad en el ciclo ya que las caracteristicas y su dimensionado corresponden a otro tipo de especialidad

CONDENSADORES (2-a; a-3)

Nuestra central consta de 2 condensadores bsicamente dos intercambiadores que trabajan con vapor cumpliendo con el objetivo el remanente de la energia de la turbina se debe de disponer para calefaccin y condensacin, una condicion inalterable es que la misma cantidad de energia producida por la turbina debe ser dispuesta del remanente para la calefaccin y como el agua usada para calefaccin debe cumplir un ciclo cerrado se recomienda que esta sea tratada, y es por ello que se dispone de un condensador propio para a calefaccin este dispositivo aprovecha la energia de cambio de fase del vapor desde el estado dos hasta un estado a donde se cumple la condicion, el siguiente condensador lleva el vapor desde el estado a hasta el estado 3 donde el vapor se vuelve en liquido saturado, los diseos de estos condensadores se hallan deallados en el acpite correspondiente.

LA BOMBA DE VACIO Este dispositivo se halla instalado en el tanque de agua de la bomba , su funcion es la de crear un bacio o depresion en parte del ciclo (desde la salida de la turbina hasta este deposito.) aumentando asi la expansin de la turbina y por lo mismo el trabajo o potencia producida por esta.

Este dispositivo fisicamente es un compresor invertido y trabaja con el aire que se halla instalado en la parte superior del deposito de agua, como se tenia por dato la presion a la salida de la turbina que son 101kPa o 1 bar y se desea crear la depresion a 45 kPa se presenta un delta de 55 kPa capacidad pequea para un compresor industrial (Los compresores industriales comprimen aire de la presion atmosferica hasta 70 bar) es por eso que se considera un compresor pequeo de catalogo que consume 0.5 kW en su funcionamiento. (se considera que el tanque nunca debe estar lleno y es cerrado hermticamente), utiliza energia producida por el cicloEL TANQUE DE AGUAEs un deposito donde se almacena el agua que trabaja en el ciclo cerrado , se considera que esta agua es tratada y es por ello que debe contar con un almacen automatizado para proporcionar al caldero cuando este asi lo requiera asi se simula un rgimen estacionario del ciclo.

LA BOMBA DE AGUA (de 3 a B)Este dispositivo tambien utiliza energia producida por el ciclo y su funcion es llevar el agua del deposito al caldero proporcionandole energia al fluido, generalmente trabaja desde una presion de la bomba de vacio hasta la presion de trabajo del caldero el calculo de la potencia requerida se encuentra en el modelo matematico. Obviamente para un mejor funcionamiento de la planta todo este equipo estar automatizado y controlado.