Ciclos

Presentado por:

Joselin Moncayo

Profesor:Dra.: NELLY LUNA

Potencia de vapor, Rankine, Inverso de Carnot

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZOFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIALINVESTIGACINECUADOR2014

Ciclo de potencia de vaporLas plantas de potencia de vapor de agua trabajan fundamentalmente con el mismo ciclo bsico Rankine, tanto si el suministro de energa viene de la combustin de combustibles fsiles (Carbn, gas o petrleo), como si proviene de un proceso de fisin en un reactor nuclear. El ciclo de vapor de agua se diferencia de los ciclos de potencia de gas debido que en algunas partes de los procesos en el ciclo, se hallan presente tanto la fase liquida como la fase de vapor. Un ciclo de potencia elctrica moderno a gran escala resulta bastante complicado en cuanto a los flujos de masa y energa. Para simplificar la naturaleza de estos ciclos se estudian en profundidad tomando modelos sencillos. La ventaja que presentan estos modelos es que proporcionan informacin cualitativa importante sobre la mayora de los parmetros que afectan al funcionamiento del ciclo en su conjunto, reforzndose con prcticas de laboratorio donde se obtiene experiencias reales de la operacin de estos sistemas mejorando la compresin de las plantas de potencia de vapor bajo los principios del ciclo Rankine. En los textos clsicos que existen temas relacionados donde se pueden encontrar anlisis ms amplios de los ciclos de potencia de vapor.Los procesos que regresan a su estado inicial reciben el nombre de procesos cclicos. Los procesos individuales que constituyen los elementos del proceso cclico varan y dependen de cada aplicacin en particular. Un ciclo ideal de potencia que utilice vapor de agua se compone de procesos de transferencia de calor a presin constante (hacia el fluido de trabajo en el generador de vapor y desde el fluido de trabajo en el condensador) y de procesos de trabajo adiabtico (adicin de trabajo por la bomba y entrega de trabajo por la turbina). La mquina ideal de ignicin por chispa se compone de procesos adiabticos y a volumen constante. El combustible y el aire se comprimen adiabticamente y la combustin subsiguiente se idealiza como un calentamiento a volumen constante. Los gases calientes se expanden adiabticamente, realizando un trabajo. Entonces, los gases al escape disipan calor a volumen constante.

La primera ley para un ciclo arbitrario establece que: W = Q

Lo cual es vlido para un conjunto arbitrario de procesos tanto reversibles como irreversibles. Para el ciclo, con dos transferencias de calor, se obtiene: W = W = Q A Q B

La eficiencia del ciclo se define como:

Ciclo RankineEl ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinmico que tiene lugar en unacentral trmicade vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, tpicamente agua (si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgnicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presin para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecnico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador elctrico, es el que generar la electricidad en la central trmica). El vapor de baja presin que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado lquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeracin procedente del mar, de un ro o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presin del fluido en fase lquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.

Diagrama T-s del ciclo

Proceso 1-2: Expansin isoentrpica del fluido de trabajo en la turbina desde la presin de la caldera hasta la presin del condensador. Se realiza en una turbina de vapor y se genera potencia en el eje de la misma. Proceso 2-3: Transmisin de calor a presin constante desde el fluido de trabajo hacia el circuito de refrigeracin, de forma que el fluido de trabajo alcanza el estado de lquido saturado. Se realiza en un condensador (intercambiador de calor), idealmente sin prdidas de carga. Proceso 3-4: Compresin isoentrpica del fluido de trabajo en fase lquida mediante una bomba, lo cual implica un consumo de potencia. Se aumenta la presin del fluido de trabajo hasta el valor de presin en caldera. Proceso 4-1: Transmisin de calor hacia el fluido de trabajo a presin constante en la caldera. En un primer tramo del proceso el fluido de trabajo se calienta hasta la temperatura de saturacin, luego tiene lugar el cambio de fase lquido-vapor y finalmente se obtiene vapor sobrecalentado. Este vapor sobrecalentado de alta presin 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 sta suele ser muy pequea en comparacin y suele despreciarse).

EcuacionesCada una de las cuatro primeras ecuaciones se obtiene del balance de energa y del balance de masa para un volumen de control. La quinta ecuacin describe la eficiencia termodinmica orendimiento trmicodel ciclo y se define como la relacin entre la potencia de salida con respecto a la potencia trmica de entrada.

Ciclo inverso de CarnotEl ciclo de Carnot es totalmente reversible, permitiendo que los cuatro procesos que comprenden el ciclo puedan invertirse. El resultado es un ciclo que opera en direccin contraria a las manecillas del reloj, que se llama ciclo invertido de Carnot. Un refrigerador o bomba de calor que opera en este ciclo recibe el nombre de refrigerador o bomba de calor de Carnot.

1-2 Se transfiere (absorcin) calor reversiblemente desde la regin fra TL, de forma isoterma donde el refrigerante experimenta cambios de fase.

2-3 Se comprime el refrigerante isoentrpicamente, hasta que alcanza la temperatura mxima TH.

3-4 Se transfiere calor reversiblemente a la regin caliente a TH, de forma isoterma, donde el refrigerante experimenta cambios de fase (vapor a lquido).4-1 Se expande el refrigerante isoentrpicamente hasta, alcanzar la temperatura mnima TL.

Bibliografa Introduccin a la fisicoqumica: termodinmica, escrito por thomas engel,philip reid,warren hehre Introduccion a los ciclos, Lpez, Vicente Benito, primera edicin, 2009 Motores trmicos , David Gonzlez Calleja, segunda edicin, 2004