MARCO TERICOCICLO RANKINEEl ciclo Rankine es usado para expresar el comportamiento ideal de una mquina recprocamente de vapor o de una turbina, que operan en conjunto con otro equipo y forman lo que se llama planta de vapor.Este ciclo tiene como dispositivos bsicos una turbina, una caldera, un condensador y una bomba de agua de alimentacin.

1-2 Expansin adiabtica reversible del fluido en la turbina (s = contante).2-3 Transferencia de calor a presin y temperatura constante en el condensador (calor rechazado).3-4 Proceso de bombeo adiabtico reversible.4-1 Transferencia de calor al fluido de trabajo en una caldera a presin constante (calor suministrado).

El ciclo Rankine se puede representar en los diagramas Presin-Volumen y Temperatura-Entropa:

El ciclo de Rankine es el ciclo ideal que sirve de base al funcionamiento de las centrales trmicas con turbinas de vapor, las cuales producen actualmente la mayor parte de la energa elctrica que se consume en el mundo. La evolucin de las centrales trmicas ha estado condicionada por la bsqueda de mejoras en el rendimiento trmico del ciclo termodinmico, ya que incluso pequeas mejoras en el rendimiento signican grandes ahorros en los requerimientos del combustible. La idea bsica detrs de todas las modicaciones para incrementar el rendimiento de un ciclo de potencia es aumentar la temperatura promedio a la cual el calor se transere al uido de trabajo en la caldera, o disminuir la temperatura promedio a la cual el uido de trabajo cede calor al condensador.MODIFICACIONES DEL CICLO PARA MAYOR EFICIENCIALa idea bsica detrs de todas las modificaciones para incrementar la eficiencia trmica de un ciclo de potencia es la misma; aumentar la temperatura promedio a la que el calor se transfiere al fluido de trabajo de la caldera, o disminuir la temperatura promedio a la que el calor se rechaza del fluido de trabajo en el condensador. En general en un ciclo cualquier modificacin que produzca un aumento del rea encerrada por el ciclo sin modificar la cantidad de energa suministrada ha de aumentar el rendimiento, puesto que un aumento del rea encerrada por el ciclo significa un aumento de potencia, por lo que necesariamente aumenta eficiencia () . Reduccin de la presin en el condensadorEl vapor existe como mezcla saturada en el condensador a la temperatura de saturacin correspondiente a la presin dentro del condensador. Por consiguiente, la reduccin de la presin de operacin del condensador reduce automticamente la temperatura del vapor y, en consecuencia, la temperatura a la cual cede el calor de desecho. Lgicamente existe un lmite inferior en la presin del condensador que puede usarse: no puede ser inferior a la presin de saturacin correspondiente a la temperatura del medio refrigerativo. Sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturasEl sobrecalentamiento del vapor hasta altas temperaturas aumenta el rendimiento trmico del ciclo al aumentar la temperatura promedio a la que se proporciona el calor. El sobrecalentamiento del vapor est limitado hasta un mximo de 620 C por consideraciones metalrgicas, es decir, por la capacidad de los materiales para soportar altas temperaturas. Incremento de la presin en la calderaSi incrementa la presin de operacin de la caldera, automticamente se eleva la temperatura a la cual tiene lugar la ebullicin. Esto produce un incremento de la temperatura promedio a la que se aade calor al vapor y de ese modo aumenta el rendimiento trmico del ciclo. Las presiones mximas de operacin en las calderas han ido aumentando con el tiempo hasta alcanzar hoy da valores hipercrticos en torno a los 30 MPa.

DIFERENCIA ENTRE EL CICLO REAL Y EL IDEAL Prdidas por friccinLa friccin del fluido ocasiona cadas de presin en la caldera, el condensador y las tuberas entre los diversos componentes. Para compensar las cadas en las presiones se requiere presiones ms altas en el bombeo del agua. Prdidas de calorOtra fuente importante de irreversibilidades es la perdida de calor del vapor por los alrededores cuando ste circula por varios componentes. Irreversibilidades en las bombas y turbinasEn las turbinas y bombas existen variaciones de entropa entre la entrada y salida. Originado la disminucin en el trabajo entregado por la turbina e incremento del trabajo suministrado a la bomba.CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO En el ciclo con recalentamiento, el vapor no se expande por completo en una sola etapa hasta la presin del condensador. Luego de expandirse parcialmente, el vapor se extrae de la turbina y se recalienta a presin constante. A continuacin, se lo devuelve a la turbina para su expansin posterior hasta la presin de salida. Se puede considerar que la turbina est constituida por dos etapas, una de alta y otra de baja presin.Caractersticas generales: Para responder a las crecientes demanda de potencia, las presiones de operacin de las calderas, han ido incrementndose de manera de elevar las ganancias trmicas al incrementar la temperatura de entrada a la caldera por efecto de la presin, disminuyendo el calor transferido al fluido de trabajo. Sin embargo el aumento de la presin en la caldera origina la disminucin de la calidad del vapor de agua que sale de la turbina como se observa en el diagrama Ts, es decir, A la salida de la turbina de alta presin, el vapor esta generalmente prximo a la lnea de saturacin. Para evitar el problema de erosin de los labes de la turbina, y seguir aprovechando las ventajas de la alta presin en las calderas es necesario el desarrollo de los ciclos con recalentamiento. La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina. El mximo rendimiento trmico de un ciclo ideal con recalentamiento se obtiene cuando el cociente Psal/Pent en la turbina de alta presin, se encuentra dentro del intervalo de 0.15 a 0.35.

La temperatura promedio durante el proceso de recalentamiento puede incrementarse si se aumenta el nmero de etapas de expansin y recalentamiento. Sin embargo, el uso de ms de dos etapa de recalentamiento no es prctico, la ganancia en la eficiencia es tan pequea que no justifica el costo y la complejidad adicional. El doble recalentamiento se emplea slo en plantas de energa de presin supercrtica.

CICLO RANKINE CON REGENERACINEl ciclo regenerativo consiste, en extraer parte del vapor expandido en la turbina y utilizarlo para suministrar calor al fluido de trabajo, aumentado su temperatura antes de pasar por la fuente principal de calor (Caldera) a una presin determinada. Existen dos tipos de calentadores uno denominado calentador abierto o de contacto directo y el calentador cerrado o cambiador de calor de carcasa y tubos.

Ciclo Rankine con calentadores abiertosEn el caso ideal, se ajustan los flujos msicos de las corrientes que entran al calentador, de manera que el resultado de la mezcla a la salida del calentador sea lquido saturado a una presin determinada. Las presiones de entrada deben ser iguales, para que no se produzcan retornos indeseables en las lneas de tuberas. Ciclo Rankine con calentadores cerradosEn un calentador cerrado no se mezclan las corrientes que entran. El agua de alimentacin circula por el interior de los tubos que pasan por el calentador y el vapor extrado de la turbina para precalentar el agua, se condensa sobre los tubos.CICLO RANKINE CON SOBRECALENTAMIENTOLa temperatura promedio a la que el calor es transferido hacia el vapor puede ser incrementada sin aumentar la presin de la caldera, gracias al sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas. El efecto del sobrecalentamiento en el desempeo de los ciclos de potencia de vapor se ilustra en un diagrama T-s.El rea sombreada en este diagrama representa el aumento en el trabajo neto, mientras que el rea total bajo la curva del proceso 3-3representa el aumento en la entrada de calor. De este modo, tanto el trabajo neto como la entrada de calor aumentan como resultado del sobrecalentamiento del vapor a una temperatura ms alta. Sin embargo, el efecto total es un incremento en la eficiencia trmica, porque aumenta la temperatura promedio a la cual se aade calor.El sobrecalentamiento del vapor a temperaturas ms altas tiene otro efecto muy conveniente: disminuye el contenido de humedad del vapor a la salida de la turbina, como se observa en el diagrama T-s (la calidad del estado 4es ms alta que la del estado 4).Sin embargo, la temperatura a la que el vapor se sobrecalienta est limitada debido a consideraciones metalrgicas. En la actualidad la temperatura de vapor ms alta permisible en la entrada de la turbina es de aproximadamente 620 C (1 150 F). Cualquier incremento en este valor depende del mejoramiento de los materiales actuales o del descubrimiento de otros nuevos que puedan soportar temperaturas ms altas.

ANLISIS DIMENSIONAL Balances TrmicosBalance Trmico de la Caldera:

Balance Trmico en el Condensador:

Clculo de masas de vapor:

Calor suministrado a la caldera:

Calor rechazado en el condensador:

Trabajo neto del ciclo (calor aprovechado):

Potencia de freno del motor:

Potencia indicada:

Eficiencias:

TABLA DE DATOSPara la Lnea Willian:RPMmv con [kg]totalTiempototalt = [seg]V [volts]I [ampere]

137002.7506012034

23.65038

34.10045

43.90048

55.20060

En la ltima lectura:P1cald = 7.4 kg/cm2P2 = 3.5 kg/cm2P3 = 35 cmHgT3 = 69CT4 = 59.5CT5 = 36Cm con [kg] cond. secundario = 5.2 [Kg]t con [kg] cond. Secundario = 60 [seg]

TABLA DE RESULTADOSEficiencia del ciclo tericoEntalpa 1

Eficiencia del ciclo realCalidad 2

Eficiencia mecnica del turbogeneradorEntalpa 3 terica

Eficiencia trmica o int. de la turbinaEntalpa 3 real

Eficiencia de mquinaEntalpa 4

Eficiencia totalEntalpa 5

BIBLIOGRAFA

http://utptermodinamica2.blogspot.mx/2013/11/ciclo-rankine-simple-sobrecalentamiento.html

http://www.uhu.es/gabriel.lopez/comun/pract_Rankine.pdf

http://www.fing.edu.uy/if/cursos/fister/modulos/ciclos/clases/Rankine.pdf

https://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2009/02/tema-1-ciclo-de-vapor.pdf

http://www4.tecnun.es/asignaturas/termo/Ppt/Tema11-Rankine.pdf