UNIDAD II: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR

1. Expansion isotermica2. Expansion adiabatica3. Compresion isotermica4. Compresión adiabatica

ETAPAS DEL CICLO DE CARNOT1. Expansión isotérmica2. Expansión adiabática3. Compresión isotérmica4. Compresión adiabática

Caldera

Turbina

Condensador

BombaW

QH

QL

Depósito a alta temperatura

Depósito a baja temperatura

23

4

1

Condensador

Bomba

Evaporador

TurbinaW

QH

QL

Depósito a alta temperatura

Depósito a baja temperatura

1

23

4

• 1. No puede existir una máquina térmica que funcionando entre dos fuentes térmicas dadas tenga mayor rendimiento que una de Carnot que funcione entre esas mismas fuentes térmicas.

• Dos máquinas reversibles operando entre las mismas fuentes térmicas tienen el mismo rendimiento.

Eficiencia Térmica (Maquina térmica) se determina mediante:

ó

Relación de temperaturas absolutas:

Coeficiente de desempeño de Refrigerador (COPR ):

Coeficiente de desempeño de Bomba de calor (COPHP ):

CICLO DE RANKINE DEFINICIONES BÁSICAS: Turbina: Es un motor rotativo que convierte en energía

mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas; la cual transita un fluido de manera continua

Compresor:Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores.

Condensador: es un intercambiador de calor entre fluidos, de modo que mientras uno de ellos se enfría, pasando de estado gaseoso a estado líquido, el otro se calienta.

CICLO DE RANKINE DEFINICIONES BÁSICAS: Caldera:es una máquina o dispositivo de ingeniería

diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase.

Bomba:es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve.

CICLO RANKINEEl ciclo Rankine Es el ciclo ideal para las centrales eléctricas de vapor, este ciclo ideal no incluye ninguna irreversibilidad interna y está compuesto de los siguientes cuatro procesos:•Compresión isentrópica en una bomba•Adición de calor a presión constante en una caldera•Expansión isentrópica en una turbina•Rechazo de calor a presión constante en un condensador

• Análisis energético del ciclo Rankine:• Los cuatro componentes que intervienen en el ciclo Rankine, bomba,

caldera, turbina y condensador, son dispositivos de flujo estable por lo tanto los cuatro proceso que conforman este ciclo pueden ser analizados como procesos de flujo estable. La ecuación de energía de flujo estable por unidad de masa de vapor es:

• Por lo general los cambios de energía cinética y potencial del vapor son pequeños en relación al trabajo y a la transferencia de calor de manera que son insignificantes, quedando la ecuación anterior así:

• Ahora q es el calor neto de entrada que será igual a qentrada – qsalida y w es el trabajo neto de salida que es igual a: wsalida – wentrada, sustituyendo en la ecuación nos queda que:

)( 12

21

22

2zzgVVhhwq

]/)[()()( KGKJhhwwqq entradasalidasalidaentradasalidaentrada

Análisis por componente• Partiendo de la última ecuación obtenida la relación de conservación de la

energía puede expresarse para cada componente de la siguiente manera:

Componente Condiciones Ecuación de energía

Bomba No hay transferencia de calor por lo tanto q =0, no hay trabajo de salida por lo tanto tenemosque wsalida = 0.

Donde h1 será hF a la presión P1 y

a la presión P1.

Caldera No hay transferencia de trabajo por lo tanto w =0, y qsalida = 0.

Turbina No hay transferencia de calor por lo tanto q =0, no hay trabajo de salida por lo tanto tenemosque wentrada = 0.

Condensador No hay transferencia de trabajo por lo tanto w =0, y qentrada = 0.

)(;

;

12

12

PPvwohhw

entradaBomba

entradaBomba

Fvvv 1

23 hhqentrada

43 hhw salidaturbina ;

14 hhqsalida

Eficiencia térmica del ciclo Rankine

• La eficiencia térmica del ciclo Rankine se determina a partir de:

Donde:

• Relación de trabajo de retroceso (rbw) Trabajo cedido a la bomba desde la turbina

entrada

salida

entrada

netoter q

qqwη 1

entradaBombasalidaTurbinasalidaentradaneto wwqqw ,,

salidaTurbinaentradaBomba ww ,,bw /r