EL CICLO REGENERATIVO

Otra variación importante del ciclo de Rankine es el ciclo regenerativo que utiliza calentadores para el agua de alimentación.

Los conceptos básicos de este ciclo se pueden demostrar si se considera el ciclo de Rankine sin sobrecalentamiento como se muestra en la figura 9.8.

FIGURA 9.8

La única característica de este ciclo comparada con el ciclo Rankine es que, después de salir de la bomba, el liquido circula alrededor de la cubierta de la turbina, en dirección contraria a la del flujo de vapor en la turbina.

Así es posible transferir al liquido que fluye alrededor de la turbina el calor del vapor a medida que pasa por la turbina.

PRINCIPIO DEL CICLO DE RANKINE REGENERATIVO

Proceso 2-2’: irreversibilidad.

Área a-2-3-b = Área c-5-4-d ← éstas áreas son congruentes.

Área a-1-5-c = Área b-1’-5’-d

η = (Área b-3-4-d – Área b-1’-5’-d) / Área b-3-4-d = Eficiencia de Carnot.

Siendo así la eficiencia del ciclo regenerativo ideal es exactamente igual a la eficiencia del ciclo de Carnot con las mismas temperaturas de suministro de calor y rechazo de calor.

Por lo anterior deducimos que el ciclo regenerativo ideal es impráctico.

Considere un ciclo regenerativo que utiliza vapor como fluido de trabajo. El vapor sale de la caldera y entra a la turbina a 4 MPa y 400°C. Después de expandirse hasta 400 Kpa. Parte del vapor se extrae de la turbina con el objeto de calentar el agua de alimentación en un calentador abierto. La presión en el calentador de agua de alimentación es de 400 Kpa y el agua que sale es un liquido saturado a 400 Kpa. El vapor que no se extrae se expande hasta 10 Kpa. Determine la eficiencia del ciclo.

El diagrama de líneas y el diagrama T-s para este ciclo se muestran en la figura 9.10

Tenemos las propiedades siguientes.

hs = 3213.6 h6 = 2685.6h7= 2144.1 h1 = 191.8

Bomba de baja presiónPrimera ley:

Segunda ley:

Entonces:

WP1=V(P2-P1) = (0.00101)(400–10)=0.4 KJ/Kgh2=h1+wp=191.8 +0.4=192.2

Turbina: Primera LeyWt= (h5-h6) + (1-m1)(h6-h7)

Segunda ley:S5= S6=S7

Calentador del agua de alimentación:

Bomba de alta presión:

S3=S4

WP2=v(P4-P3)=(0.001084)(4000-400)=3.9KJ/Kgh4=h3+Wp2=604.7+3.9=608.6

Wneto=Wt-(1-m1)Wp1-Wp2

=979.9-(1-0.1654)(0.4)-3.9=975.7 KJ/Kg

Caldera: