EL CICLO RANKINE

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 (límite máximo que impone el Segundo Principio de la Termodinámica).

Proceso

El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.


Existen algunas mejoras al ciclo descrito que permiten mejorar su eficiencia, como por ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina, recalentamiento entre etapas de turbina o regeneración del agua de alimentación a caldera.


Existen también centrales alimentadas mediante energía solar térmica, en cuyo caso la caldera es sustituida por un campo de colectores cilindro-parabólicos o un sistema de helióstatos y torre. Además este tipo de centrales poseen un sistema de almacenamiento térmico, habitualmente de sales fundidas. El resto del ciclo, así como de los equipos que lo implementan, serían los mismos que se utilizan en una central térmica de vapor convencional.

OBJETIVOS:

- Estudiar el ciclo rankine teniendo en cuenta la conversión de calor en trabajo.


- Comprender las ventajas o desventajas que produce el sobrecalentamiento de vapor a la entrada de la turbina.


- Alcanzar los conocimientos para el mejoramiento de un ciclo ideal de rankine.

VARIABLES

Qin
Potencia térmica de entrada (energía por unidad de tiempo)

m
Caudal másico (masa por unidad de tiempo)

W
Potencia mecánica suministrada o absorbida (energía por unidad de tiempo)

n
Rendimiento térmico del ciclo (relación entre la potencia generada por el ciclo y la potencia térmica suministrada en la caldera, adimensional)

h1, h2, h3, h4
Entalpías específicas de los estados principales del ciclo

ECUACIONES:

La siguiente formula se utiliza para obtener el balance de energía y el balance de masa para un volumen de control.

Qin = (h1 - h4) / m

Procedimiento en C++


#include<iostream>
#include<math.h>

using namespace std;
int main()

{


float h1, h4, m, Q;
cout<<"INGRESE LA ENTALPIA 1: "; cin>>h1;
cout<<"INGRESE LA ENTALPIA 2: "; cin>>h4;
cout<<"INGRESE LA MASA: "; cin>>m;
cout<<endl;

Q = (h1 - h4)/m;

cout<<"LA POTENCIA TERMICA ES: " <<Q<<endl;

system (“pause”);
return 0;

}

La siguiente ecuación describe el rendimiento térmico del ciclo y se define como la relación entre la potencia de salida con respecto a la potencia térmica de entrada.

n = (Wt - Wb)/Q;

Procedimiento en C++


#include<iostream>
#include<math.h>

using namespace std;
int main()

{

float Wt, Wb, Q, n;
cout<<"INGRESE LA POTENCIA MECANICA DE LA TURBINA: "; cin>>Wt;
cout<<"INGRESE LA POTENCIA MECANICA DE LA BOMBA: "; cin>>Wb;
cout<<"INGRESE LA POTENCIA TERMICA: "; cin>>Q;
cout<<endl;

n = (Wt - Wb)/Q;

cout<<"EL RENDIMIENTO TERMICO ES: " <<n<<endl;

system (“pause”);
return 0;

}