Post on 31-Dec-2014
CAPÍTULO 12Ciclo Rankine
INDICEIntroducciónPlanta Térmica a Vapor12.1 Ciclo Rankine.12.2 Diagrama h - s de Mollier12.3 Bombas12.4 Calderas12.5 Turbinas12.6 Condensadores12.7 Mejoras del ciclo teórico12.8 Ciclo con sobrecalentamiento12.9 Ciclo con Recalentamiento12.10 Ciclo con Regeneración12.11 Ciclo con Cogeneración12.12 Ciclos BinariosProblemas
12.1 CICLO RANKINE (Centrales Térmicas a vapor)
Consideraciones:-Proceso FEES –Estacionario.-EK = 0; EP = 0
Procesos:1-2: Bomba de Líquido (s = c)2-3: Calentamiento (vaporización a P = c)3-4: Expansión adiabática (s = c). 4-1: Condensación a P = c.
Rendimiento del ciclo:
1Q
Q1
Q
Q
WW
Q
WW
Q
WW
Q
W
23
41
23
4123th
23
)21(t)43(t
sum
turbinabombath
sum
Vt
sumth
Este ciclo usa vapor de agua como sustancia pura, usaremos Tablas de Vapor y diagramas T-s y h -s
Aquí hay un error, cuál es?
¿Dónde se utiliza este Ciclo de Vapor ?
Máquina de Vapor, 1838
Primera locomotora de vapor del mundo,construida en 1804.
Barco de Vapor
Motocicleta a vapor, 1889
Locomotora de vapor, 1866
CICLO RANKINE IDEAL
DIAGRAMA T - s CICLO RANKINE REAL
También : Diagrama h . s - Mollier
12.3 Bombas
-Aproximadamente adiabática.
12)21(t
12f112
)21(t12f1
2
1
12
f112
2
1
12
2
1
12
0
2
10
12
adiabático,0
12
hhw
)PP(vhh
w)PP(vvdP)hh(
vvv
0vdP)hh(
vdP)hh(Pdv)uu(qq
Rendimiento isoentrópico de la bomba (si te dan como dato)nsb = vf1 (P2 - P1)/ Wt 12
Las bombas sirven para dar el flujo de masa m , y elevar la presión en líquidos !!
)( 12)21( hhmWt
)P- (Pv h h 12f112
Bombas Centrífugas
Bombas Centrifugas en serie y paralelo.Lab. Energía PUCP
Esquema Técnico de una bomba
todas las bombas se calculan con la misma formula anterior, solo cambiaran las propiedades del liquido
Bombas centrífugas
Bombas de Pistón
12.4 Calderas
Caldera:
isobárica,0
3
2
23
0
3
20
2323 vdP)hh(Pdv)uu(qq
23)32( hhq
Rendimiento de la Caldera
PCmhhm
Q
Q
cCcal
)( 23)32(
COMBUSTI BLES Poder Calorífico Peso Específico
Petróleo Crudo 11507 kcal/ kg 0.7450 kg/ l Gas natural Asociado 273.9 kcal/ PC 1.0 Gas licuado 11833 kcal/ kg 0.5500 kg/ l Gasolina de Aviación 11667 kcal/ kg 0.7500 kg/ l Gasolina Automotriz 11667 kcal/ kg 0.7000 kg/ l J et Fuel 11284 kcal/ kg 0.8400 kg/ l Kerosene 11237 kcal/ kg 0.7980 kg/ l Diesel/ Gas oil 11055 kcal/ kg 0.8000 kg/ l Fuel Oil 11137 kcal/ kg 0.8500 kg/ l No energético 11507 kcal/ kg 0.8100 kg/ l Electricidad 860 kcal/ kWh 1.0 Leña (Altiplano) 3500 kcal/ kg 1.0 Leña (Tierras bajas) 3000 kcal/ kg 1.0 Residuos Animales 2760 kcal/ kg 1.0 Bagazo 1800 kcal/ kg 1.0 Carbón Vegetal (Doméstico)
6500 kcal/ kg 1.0
Carbón Vegetal (Fundición)
7000 kcal/ kg 1.0
Carbón
Caldera Acuotubular
Caldera Pirotubular
Este tambien???
Centrales nucleares
Centrales Térmicas
Centrales nucleares
12.4 Turbinas de vapor
344)-t(3
w
4
3
34)43(
hhw
:adiabáticaes turbina la Si
vdP)hh(q
)43(t
- A l a s a l i d a d e l a t u r b i n a ( x = 9 0 % c o m o m í n i m o ) , p a r a q u e n o s e p r o d u z c a e r o s i ó n
e n l o s a l a b e s , n i c o r r o s i ó n . P o t e n c i a T é c n i c a d e l a T u r b i n a :
)hh(mW 43)43(t
E f i c i e n c i a I s e n t r ó p i c a d e l a T u r b i n a o e f i c i e n c i a a d i a b á t i c a :
43
43st hh
hh
R e n d i m i e n t o M e c á n i c o :
)43(t
mW
T
R e n d i m i e n t o d e l G e n e r a d o r :
T
VIgen
Turbina de Vapor
Qué hace esta máquina aquí?
12.6 Condensadores
0
1
4
41
0
1
40
4141 vdP)hh(Pdv)uu(qq
41)14( hhq
)()(
)()(
)(
dato como da se
)(
14
14
14)14(
T
es
si
refrigPrefriges
esrefrig
srefrigerefrig
TTcmhh
hhmhhm
hmhmhmhm
hhmQ
INTERCAMBIADORES DE CALOR:
- Condensadores.- Calentadores.- Enfriadores.- Radiadores.- Regeneradores.- Intercambiadores.- Separadores.- Torres de Enfriamiento.
Tubos
Tipos de condensadores
Torres de enfriamiento
C A L E N T A D O R E S :
- I s o b á r i c o s - A d i a b á t i c o s .
A b i e r t o s :
3fc1f2c
f3
321
h)mm(hmhm
hh
PPP
C e r r a d o s :
4c2f1f3c
f4
43
21
hmhmhmhm
hh
PP
PP
R E N D I M I E N T O D E L A P L A N T A :
gen
mc alth
T
VI
W
T
Q
Q
Q
W
Q
VI
tcom
)32(
)32(
tPlanta
genmcalth
C
Planta
CICLOS POSITIVOS (Máquinas Térmicas)
Se suministra calor para obtener trabajo. El resto de calor se evacua a una fuente de baja temperatura.
Eficiencia Térmica:
Sabemos que:
1)(Q
)(W
Q
Wobtenido
sumth
atemperatur alta de recipiente el desde
1Q
Q1
Q
QW
A
B
A
BAth
(Ciclos)
QB (-) sale del sistemaQA (+) suministrado al sistema
Ejemplo: Central Térmica:
QWWW Vt
1Q
Q1
Q
Q
WW
Q
WW
Q
WW
Q
W
23
41
23
4123th
23
)21(t)43(t
sum
turbinabombath
sum
Vt
sumth
RENDIMIENTO DE LA PLANTA:
gen
mcalth
T
VI
W
T
Q
Q
Q
W
Q
VI
tcom
)32(
)32(
tPlanta
genmcalth
C
Planta
Softwares
12.7 Mejoras al Ciclo teórico
Podemos incrementar la presión en la caldera pero luego de la turbina cae dentro de la zona de mezcla y puede bajar la calidad de 90 %, lo cual seria peligroso
también podemos bajar la presión en el condensador con una bomba de vacío, y aumentamos el área y el trabajo. no podemos bajar de 1 bar absoluto !!!
12.8 Ciclo con Sobrecalentamiento
)32(
)21()43(
Q
WW
Q
W tt
sum
tth
12.9 Ciclo con Recalentamiento
)54()32(
)21()65()43(
WWW
Q
W ttt
sum
tth
12.10 Ciclo con Regeneración
12.11 Ciclo con Cogeneración
12.12 Ciclos Binarios
Ejemplo:Se tiene un ciclo Rankine regenerativo de dos extracciones y recalentamiento intermedio. Los calentadores son isobáricos y adiabáticos. La caldera y el recalentador son isobáricos. Las expansiones de cada una de las etapas de las turbinas de alta presión TAP se realiza con un rendimiento isentrópico de 0.76 y la turbina de baja presión TBP tiene un rendimiento isentrópico de 0.82. Deberá considerar:Ep y Ek despreciables-Líquido incompresible-Las bombas son adiabáticas reversibles.Determinar:a)Los diagramas T-s y h-s.b)Todas las entalpías específicas (kJ/kg).c) Los flujos de masas m7, m10, m11. Si m6=0.2kg/s.d) La eficiencia del ciclo.e) Sería posible una expansión adiabática desde P12 hasta P13, pero de manera que x13=86%