Capítulo 9:Capítulo 9:

Ciclos de potencia de vapor y combinados.

9.1 El ciclo de 9.1 El ciclo de CarnotCarnot de vapor de vapor Considerese un ciclo de Carnot de flujo permanente llevado a cabo dentro de la curva de saturación de una sustancia pura como el agua:

Este tipo de ciclo presenta los siguientes inconvenientes prácticos:1. La temperatura máxima que puede emplearse en el ciclo está limitada por la

temperatura crítica del fluido de trabajo.2. El proceso de expansión isoentrópica da lugar a una baja calidad y la presencia de

gotas líquidas erosiona la turbina.3. El proceso de compresión isoentrópica implica la compresión de una mezcla líquido-

vapor hasta un líquido saturado. Realizar esta operación es muy complejo.

9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankine

Caldera

wturb, sal

Turbinawbomba, en

Bomba

Condensador

qsal

qen

wbomba, en

wturb, salqen

qsal

El ciclo ideal para las plantas de potencia de vapor es el ciclo de Rankine.

23

141hhhh

Rankine −−−=ε

9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankine(a) Desviación del ciclo real de potencia de vapor a partir del ciclo Rankine ideal. (b) Efecto de las irreversibilidades de la bomba y la turbina sobre el ciclo Rankine ideal.

CICLO IDEAL

CICLO REAL

Irreversibilidaden la bomba Caída de presión

en la caldera

Irreversibilidaden la turbina

Caída de presiónen el condensador

9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineEfecto de reducir la presión del condensador en el ciclo ideal Rankine.

Aumento en wneto

9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineEfecto del supercalentamiento del vapor a temperaturas más elevadas en el ciclo Rankine ideal.

Aumento en wneto

9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineEfecto de aumentar la presión de la caldera en el ciclo Rankine ideal. Aumento

en wneto

Disminuciónen wneto

Tmáx

9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineCiclo Rankine supercrítico.

Puntocrítico

9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineEl ciclo Rankine de recalentamiento ideal.

Caldera

Recalentador

P4 = P5 = Precalentamiento

Turbina de alta P

Turbina de baja P

Condensador

Bomba

Turbina dealta presión

Recalentamiento

Turbina debaja presión

9.3 El ciclo de 9.3 El ciclo de RankineRankine regenerativo regenerativo La primera parte del proceso de adición de calor en la caldera tiene lugar a temperaturas relativamente bajas.

Adición de calora baja temperatura

Vapor que salede la caldera

Vapor que entraa la caldera

9.3 El ciclo de 9.3 El ciclo de RankineRankine regenerativo regenerativo

Ciclo Rankine ideal regenerativo con calentador-alimentador abierto de agua.

CalderaTurbina

CAAabierto

Bomba II

Bomba I

Condensador

9.3 El ciclo de 9.3 El ciclo de RankineRankine regenerativo regenerativo Ciclo Rankine ideal regenerativo con calentador-alimentador cerrado de agua.

CalderaTurbina

Cámarade mezcla CAA

cerrado

Bomba I

Condensador

Bomba II

9.3 El ciclo de 9.3 El ciclo de RankineRankine regenerativo regenerativo

Turbina

CAAcerrado

Caldera

CAAcerrado

CAAabierto

CAAcerrado

Trampa Trampa Trampa

Bomba

Bomba

Plantade energía de vapor con un calentador-alimentador abierto y tres cerrados.

9.4 Ciclos de vapor binarios 9.4 Ciclos de vapor binarios

Ciclo binario de vapor de mercurio-agua.

Caldera

Bomba demercurio Turbina de

mercurioCICLO DEMERCURIO

Intercambiador de calor

CICLO DEVAPOR

Sobrecalentador

Turbina devapor

Condensador

Bombade vapor

Curva de saturación(mercurio)

Curva de saturación(vapor)

CICLO DEMERCURIO

CICLO DE VAPOR

9.5 Ciclos de potencia combinados de gas9.5 Ciclos de potencia combinados de gas--vaporvaporPlanta de energía combinada de gas-vapor.

Cámarade combustión

Intercambiador de calor

CICLO DE GAS

CompresorTurbinade gas

CICLO DE VAPOR

Bomba

Condensador

Turbinade vapor

en

sal

CICLO DE GAS

CICLO DE VAPOR

Turbinade vapor

en

sal

Entradade aire Gases

de escape

9.6 Cogeneración9.6 CogeneraciónPlanta simplede proceso de calentamiento.

Caldera

Bomba

Calentadordel proceso

en

9.6 Cogeneración9.6 CogeneraciónPlanta ideal de cogeneración.

Caldera Turbina

Calentadordel proceso

Bomba

bomba

9.6 Cogeneración9.6 CogeneraciónPlanta de cogeneracióncon cargas ajustables. Válvula de

expansión

Caldera

Turbina

CondensadorBomba II

Bomba I

Calentadordel proceso