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El ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia. Como cualquier otro ciclo de potencia, su eficiencia está acotada por la eficiencia termodinámica de un ciclo de Carnot que operase entre los mismos focos térmicos. Debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine.

CICLO RANKINE IDEALEl ciclo Rankine, es el ciclo ideal para las centrales eléctricas de vapor. El ciclo Rankine ideal no incluye ninguna irreversibilidad interna y está compuesto de los siguientes cuatro procesos (Figura 1): 1-2 Expansión isentrópica en una turbina 2-3 Rechazo de calor a presión constante en un condensador 3-4 Compresión isentrópica en una bomba 4-1 Adición de calor a presión constante en una caldera

INCREMENTO DE EFICIENCIA DEL CICLO RANKINE Para incrementar la eficiencia térmica de un ciclo de potencia se debe incrementar la temperatura promedio a la que el calor se transfiere al fluido de trabajo en la caldera, o disminuir la temperatura promedio a la que el calor se rechaza del fluido de trabajo en el condensador. ideal simple. En la siguiente figura se muestran los tres casos.

CICLO RANKINE IDEAL CON RECALENTAMIENTO La eficiencia del ciclo Rankine puede incrementarse también aumentando la presión de operación en la caldera. Sin embargo, un aumento en la presión de operación de la caldera origina un mayor grado de humedad en los últimos pasos de la turbina. Este problema puede solucionarse haciendo uso de recalentamiento, en donde el vapor a alta presión procedente de la caldera se expande solo parcialmente en una parte de la turbina, para volver a ser recalentado en la caldera. Posteriormente, el vapor retorna a la turbina, en donde se expande hasta la presión del condensador. En la siguiente figura se muestra el esquema y el diagrama del ciclo.

CICLO RANKINE IDEAL REGENERATIVO Un proceso de regeneración práctico en las centrales eléctricas de vapor se logra con la extracción o “drenado” del vapor de la turbina en diversos puntos. Este vapor, que podría producir más trabajo si se expande aún más en la turbina, se utiliza en cambio para calentar el agua de alimentación. El dispositivo donde el agua de alimentación se calienta mediante regeneración se llama regenerador o calentador de agua de alimentación.

*Calentadores abiertos de agua de alimentaciónUn calentador abierto de agua de alimentación (o de contacto directo) es básicamente una cámara de mezclado en la que el vapor extraído de la turbina se mezcla con el agua de alimentación que sale de la bomba. En la siguiente figuras se muestran un esquema de ciclo Rankine regenerativo con calentador abierto.

*Calentadores cerrados de agua de alimentaciónOtro tipo de calentador de agua de alimentación frecuentemente utilizado en las centrales eléctricas de vapor es el calentador cerrado de agua de alimentación, en el cual el calor se transfiere del vapor extraído hacia el agua de alimentación sin que suceda ninguna mezcla. Las dos corrientes pueden estar a presiones diferentes, puesto que no se mezclan. A continuación se muestra el esquema y diagrama del ciclo Rankine regenerativo de calentador cerrado.

(a). La reducción de la presión de operación del condensador reduce automáticamente la temperatura del vapor, y por lo tanto la temperatura a la cual el calor es rechazado.

(b). El efecto del sobrecalentamiento representa un aumento en el trabajo neto y un 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 más alta además disminuye el contenido de humedad del vapor a la salida de la turbina.

(c). El aumento de presión de operación en la caldera, eleva automáticamente la temperatura a la que sucede la ebullición. Esto eleva la temperatura promedio a la cual se transfiere calor al vapor y de ese modo incrementa la eficiencia térmica del ciclo.

cilco rankine

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