8/19/2019 Componentes básicos del ciclo Rankine

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Ciclo Rankine

En un ciclo de vapor, la sustancia de trabajo pasa por dispositivos diferentes y

separados. El ciclo Rankine fue el primer estándar de comparación aceptado para

las plantas de vapor productoras de potencia. El siguiente diagrama Temperatura

entropía muestra el comportamiento de la sustancia de trabajo durante el ciclo.

En el estado 1 el vapor sale de la caldera, se expande isentrópicamente en la

turbina hasta el estado 2 y pasa al condensador. El agua circundante condensa el

vapor hasta un líquido saturado en 3, después es bombeado isentrópicamente

para introducirlo en la caldera en un estado de líquido subenfriado.

En dibujo podemos observar que el calor es añadido en la caldera a presión

constante, en la turbina se genera trabajo, en el condensador se pierde calor y en

la bomba se agrega trabajo para poder bombear el fluido de vuelta a la caldera.

, ,   Son pérdidas generalmente pequeñas ocasionadas por la fricción, la

transferencia de calor con los alrededores, etc.

Este es el ciclo Rankine básico. A continuación se explica el funcionamiento de

sus componentes.

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Caldera

La caldera es un recipiente metálico, cerrado, su principal función es calentar agua

y producir vapor mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del

ambiente y presión mayor que la atmosférica. Su principio de funcionamiento se

basa en la quema de un combustible, este calor es transferido a el fluido pormedio del aire y a través de una superficie que actúa como medio para la

transferencia de calor.

Cuenta con los siguientes elementos:

  Quemador: efectuar la quema del combustible.

  Hogar: alberga al quemador y se genera la combustión en su interior.

  Tubos de intercambio de calor: a través de estos fluye el calor hacia el

fluido.

  Separador: separa las gotas de agua líquida de los gases antes de que sealimente a la caldera.

  Chimenea: es el escape de los productos de la combustión.

  Carcaza: contiene al hogar y al sistema de intercambio de calor.

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Turbina

La turbina es el elemento que se encarga de generar la potencia mecánica que

será aprovechada por el generador para producir potencia eléctrica. El vapor

entra a alta presión y temperatura, y se expansiona en la turbina, transformando

una parte de su entalpía en energía mecánica. A la salida de la turbina, el vaporha perdido presión y temperatura.

 Al igual que en el caso de las turbinas de gas, el eje suele estar acoplado a un

generador directamente o a través de un reductor, donde se transforma la energía

mecánica en eléctrica.

La turbina se compone de lo siguiente:

  Sistema de admisión: permite que el vapor entre a altas presiones a la

turbina.

  Cuerpo: formado por el rotor, el estator, el eje y la carcasa. En el rotor van

los álabes que, al ser impactados por el vapor, transmiten la potencia a el

eje.

  Escape: permite la salida del vapor para que se dirija al condensador o a la

tubería de contrapresión.

  Secciones de extracción o reinyección: es la zona por donde se puede

extraer o inyectar vapor a presión intermedia.

  Reductor: en ocasiones la velocidad obtenida en el eje suele ser menor a

la necesaria para accionar la generador, por eso se instala un reductor para

disminuir el número de revoluciones.  Generador: consume la potencia mecánica y la convierte en potencia

eléctrica.

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Condensador

El condensador se utiliza para condensar el vapor de agua que sale de la turbina.

Utiliza un sistema de tubos, que cumple la función de intercambiador de calor, por

los cuales fluye agua fría que, por medio de la transferencia de calor, condensa al

vapor.

El condensador está conformado por los siguientes elementos:

  Carcasa: alberga todo el sistema de tuberías y los demás componentes del

condensador, cuenta con aberturas para permitir la entrada del vapor y para

dejar salir el condensado.

  Sistema de vacío: es básicamente un eyector que ayuda a remover los

gases que no pueden ser condensados. Es común utilizar bombas de vacío

para esto.

  Lámina para los tubos: es una lámina de acero con agujeros en la cual seinsertan los tubos. Impide que el agua fría se mezcle con el condensado.

  Tubos: tubos por los cuales fluye el agua fría para condensar al vapor.

  Cajas de agua: almacenan el agua que se suministra a los tubos. 

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Bomba

Las bombas de agua de alimentación al tren de generación de vapor son bombas

de alta presión. Como el vapor generado en el evaporador puede alcanzar muy

altas presiones es necesario que las bombas levanten algo más, para poder

introducirlo en la caldera.

 Además, tienen que vencer la resistencia que ofrecen los precalentadores de alta

presión y el economizador, además de las tuberías, válvulas y accesorios del

circuito. Este tipo de bombas son de multietapa, ya que en una sola etapa sería

difícil elevar demasiado la presión.

Las partes principales de la bomba son las siguientes:

  Motor Eléctrico: se acopla a la bomba para hacerla funcionar.

  Variador de caudal: permiten regular el caudal de agua suministrada a la

caldera.

  Impulsores:  cuenta con varios impulsores o turbinas para comprimir el

fluido por etapas y así poder elevarlo a altas presiones.

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Central Termoeléctrica Rio Escondido

Ubicada en Nava, Coahuila, es una de las centrales termoeléctricas más

importantes del país, junto a la central termoeléctrica Carbón II, producen

aproximadamente el 10% de la capacidad efectiva instalada de generación en la

CFE.

La central Rio Escondido opera a base de la quema de carbón, tiene una

capacidad instalada efectiva de 1200 MW en cuatro unidades generadoras de 300

MW cada una. Se interconecta al sistema nacional a través de 2 líneas de 230 KV

y 2 líneas de 400 KV. La generación anual promedio es de 9,200,000 MWH con un

consumo de carbón de 530,000 toneladas.

Conclusión

Se investigaron los dispositivos que forman parte de ciclo Rankine básico, cabe

destacar que en la vida real el ciclo Rankine es más complejo porque se han

desarrollado formas de volverlo más eficiente con la ayuda de más dispositivos.

Las centrales termoeléctricas son la fuente más antigua y más importante de

energía eléctrica, la desventaja de las plantas que operan a base de carbón es su

tamaño y el impacto al medio ambiente, es por eso que la generación en forma

renovable ha florecido en los últimos años. En México las centrales

termoeléctricas siguen prevaleciendo.

Bibliografía

Termodinámica, Faires, 4ta Edición, Editorial Hispano-Americana

Termodinámica, Cengel, Boles, 7ma Edición, Editorial McGraw Hill

http://www.plantasdecogeneracion.com/index.php/principios-de-funcionamiento1