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Termodinámica
CICLO: V
Trujillo - 2017
ÍNDICE DEL CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... Pág. 3 MARCO TEORICO ................................................................................................. Pág 4 1. CICLOS DE VAPOR .......................................................................................... Pág 4 1.1. Ciclos de Carnot .............................................................................................. pág 4 1.2. Ciclo De Rankine .............................................................................................pág 6 1.3. xxx .................................................................................................................pág 6 xxx .................................................................................................................pag 6 xxx .................................................................................................................pag 6 1.4. xxxx ...............................................................................................................pag 7 2. xxx pag 7 xxxxx ....................................................................................................................pag 7 xxxxx ....................................................................................................................pag 7 CONCLUSIONES....................................................................................................pag 11 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ....................................................................pag 12
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INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo desarrollaremos un tema muy importante “Ciclos de potencia de vapor”, El vapor de agua es el fluido más utilizado en ciclos de potencias de vapor debido a sus diversas características, entre las que se encuentran; bajo costo, alta disponibilidad y alta entalpía de valorización. En los ciclos de potencia de vapor, en los que el fluido se condensa y se evapora alternadamente se produce trabajo a través de una turbina, haciendo girar el eje que a su vez se encuentra conectado a un generador eléctrico. Las centrales eléctricas de vapor, también llamadas centrales carboeléctricas o centrales nucleoeléctricas, son un claro ejemplo de la utilidad de estos ciclos, en los cuales, el vapor pasa por el mismo ciclo básico. La demanda de eficiencia térmica más alta, ha conllevado a la necesidad de recurrir a modificaciones innovadoras en estos ciclos, ya que las centrales eléctricas son las responsables de la energía eléctrica del mundo y por lo tanto pequeños incrementos en la eficiencia térmica pueden representar grandes ahorros. Entre estas modificaciones se encuentra los ciclos con recalentamiento y los ciclos regenerativos. En este trabajo se estudiará ciclos de potencia de vapor regenerativos con calentadores abiertos de agua de alimentación y con calentadores cerrados de agua de alimentación, se pondrá en práctica los conceptos estudiados aplicándolos a un ciclo al que se le calculará su eficiencia térmica.
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MARCO TEÓRICO
CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
1. CICLOS DE VAPOR Los ciclos de vapor los podemos dividir entre ciclos de Carnot(Ideal) y ciclos de Rankine (real), que tiene diferentes variantes.
1.1. Ciclos de Carnot: El ciclo de Carnot funciona como sistema cerrado o como sistema de flujo en régimen estacionario, el mismo está compuesto por dos procesos isotérmicos e internamente reversibles y dos procesos adiabáticos e internamente reversibles. Si en varias etapas del ciclo, el fluido de trabajo aparece en las fases líquida y vapor, el diagrama Ts del ciclo de vapor presentado en la figura 1.1a y 1.1b, será análogo al ciclo de Carnot.
Este puede resumirse en la siguiente secuencia de procesos:
Fig.1.1a: diagrama de una
Fig. 1.1b: diagrama Ts del
maquina térmica de Carnot
ciclo Carnot
En el proceso 1-2 A la presión alta del estado 1 se comunica calor a 4
presión constante (y a temperatura constante), hasta que el agua se encuentra como vapor saturado en el estado 2.
En el proceso 2-3 Una expansión adiabática e internamente reversible del fluido de trabajo en la turbina hasta que alcanza la temperatura inferior TB en el estado 3.
En el proceso 3-4 El vapor húmedo que sale de la turbina se condensa parcialmente a presión constante (y temperatura constante) hasta el estado 4, cediendo calor.
En el proceso 4-1 Se comprime isoentrópicamente vapor de agua húmedo, que se encuentra en el estado 4, hasta el estado 1 de líquido saturado.
El rendimiento térmico del ciclo de Carnot, es el máximo posible bajo las condiciones a la cual esté operando, pero algunos de estos procesos son inviable provocando serias restricciones para ser considerado útil en términos prácticos. Entre esos procesos se encuentra:
La compresión del fluido de trabajo en condiciones bifásicas como lo exige el proceso 4-1.
Para determinar la calidad en el estado 4, en necesario un control muy preciso del proceso de condensación.
El proceso de expansión en la turbina con vapor húmedo, provocarían la formación de gotas que impactarían a alta velocidad y presión en los alabes de la turbina provocando su erosión (destrucción del alabe).
El rendimiento del ciclo se ve afectado seriamente por la temperatura máxima T1, debido a las limitaciones dentro de las zonas de saturación disminuyendo el contenido energético del fluido de trabajo a medida que se incremente la temperatura.
DESVENTAJAS DEL CICLO DE CARNOT: Es impráctico utilizar el ciclo de Carnot con fluidos que sufran cambios en sus fases; por EJ.
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a) Es difícil comprimir isoentropicamente una mezcla con 2 fases. b) El proceso de condensación tendría que controlarse con mucha precisión para lograr al final las características deseadas en el estado 1. c) La eficiencia se ve muy afectada por la temperatura T2 a la cual se suministra la energía.
Por motivo de presentar imperfecciones, se hicieron ciertas modificaciones, creándose el siguiente ciclo
1.2. Ciclo De Rankine: El ciclo de Rankine es conceptualmente muy parecido al anterior. es un ciclo que opera con vapor, y es el que se utiliza en las centrales termoeléctricas. Consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor. Éste será llevado a una turbina donde produce energía cinética a costa de perder presión. Su camino continúa al seguir hacia un condensador donde lo que queda de vapor pasa a estado líquido para poder entrar a una bomba que le subirá la presión para nuevamente poder introducirlo a la caldera.
A la izquierda de la campana tenemos estado líquido, que apenas varía su volumen cuando se calienta o se aumenta su presión. Por eso las líneas isotermas son casi verticales.
A la derecha de la campana tenemos vapor, que se comporta como un gas, por lo que las líneas isotermas son similares a las de los gases ideales.
En el interior de la campana, el líquido se está evaporando, y las líneas de temperatura constante son horizontales. Esto es debido a que, dada una presión, el calor que se le aporte al fluído no se emplea en elevar la temperatura, sino en
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la evaporación.
Con la introducción y la pequeña explicación del diagrama p-V para el cambio de fase, el ciclo en detalle es el siguiente:
En el proceso 1-2 se aumenta la presión del líquido sin pérdidas de calor mediante un compresor o bomba, al que se aporta un pequeño trabajo.
El proceso 2-3 es una transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera. Con este calor se evapora todo el líquido y se calienta el vapor hasta la temperatura máxima.
La expansión del proceso 3-4 se realiza de forma adiabática. El vapor realiza un trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta un valor bajo de presión al cual se transfiere el vapor al condensador.
El proceso 4-1 consiste en refrigerar el vapor de trabajo a presión constante en el condensador hasta el estado de líquido, para iniciar de nuevo el ciclo.
El rendimiento ideal de este ciclo tiene el mismo valor que el ciclo de Carnot:
aunque jamás se alcanzan valores tan elevados. Para mejorar en lo posible el
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aprovechamiento del combustible quemado se somete al fluido a una serie de procesos que tienen como objeto aumentar el área encerrada por el diagrama. Entre éstos destacan los siguientes:
Precalentamiento del agua comprimida con los gases que escapan por la chimenea de la caldera. No aumenta el área del diagrama, pero sí reduce el calor que se debe introducir al ciclo.
Recalentamiento del vapor que ha pasado por la turbina haciéndolo pasar por la caldera y después por otra turbina de baja presión.
Regeneración , que consiste en extraer parte del vapor de la turbina para precalentar el líquido antes de entrar a la caldera.
Este ciclo Rankine es el que también cumplían las antiguas locomotoras y máquinas de vapor. Para realizar el trabajo se utilizaba un cilindro de doble efecto con un sistema provisto de una pieza desplazable llamada corredera cuya misión era enviar el vapor a un lado u otro del pistón:
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CONCLUSIONES
Las caídas de presión entre la salida y la entrada de los dispositivos, se debe a las tuberías de la conexión, admitiendo así la diferencia que existe entre ciclo de vapor real respecto del ideal; es decir en estos no se toma en cuenta dichas caídas o diferencias.
BIBLIOGRÁFICA
CENGEL Y.A. BOLMES M.A, Termodinámica, 2da edición. Mc Graw Hill, 1996. Jesús Biel Gayé: Formalismos y Métodos de la Termodinámica, Vol. 1 . Editorial Reverté. ISBN 84-291-4343-2
LINKOGRAFÍA
Anónimo.
Ciclos
de
Vapor.
Disponible
en
línea:
www.fing.edu.uy/if/cursos/fister/modulos/ciclos/clases/Rankine.pdf Consultado el 30 de Mayo de 2014
https://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2009/02/tema-1-ciclo-de-vapor.pdf
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