Ciclo Rankine. Cap. 12 INTRODUCCIÓN. Termodinámica para ingenieros PUCP

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1 Cap. Ciclo Rankine INTRODUCCIÓN Ahora entramos en la parte práctica del curso, empezaremos a conocer las Centrales Térmicas a Vapor que utilizan como combustible carbón, leña, petròleo, biogas o cualquier otro combustible para quemar. Los gases de combustiòn no se juntaràn con el vapor por eso podemos usar cualquier combustible. El portador de energía puede ser Sodio, Potasio, Mercurio, etc, pero el principal será el H O, por sus condiciones de temperatura máxima y mínima, su facilidad de encontralo, su precio y su seguridad. Este equipo fue la primera máquina termodinámica que dió inicio a la relaciòn entre Calor y Trabajo, posteriormente vinieron todas las demàs. Thomas Newcomen inventó la màquina de vapor en 7. Actualmente es una de las màs baratas y su uso continùa expandièndose. Ciclo Rankine - Pág.

2 ESUEMA DE UNA PLANTA TÈRMICA A VAPOR. CICLO RANKINE (Centrales Térmicas a vapor) Caldera Turbina Consideraciones: - Proceso FEES Estacionario. - E K 0; E P 0 Bomba Condensa- Procesos: -: Bomba de Líquido (s c) -3: Calentamiento (vaporización a P c) 3-4: Expansión adiabática (s c). st 4-: Condensación a P c. Rendimiento del ciclo: th th th 3 sum bomba 3 + sum 4 t turbina + sum 4 3 V t( 3 4 ) < 3 t( ) Este ciclo usa vapor de agua como sustancia pura, usaremos Tablas de Vapor y diagramas T-s y h -s Comprarse el CD - Cómo funcionan las cosas? Ciclo Rankine - Pág. Ciclo Rankine - Pág. 3

3 Dónde se utiliza este Ciclo de Vapor? CICLO RANKINE IDEAL Màquina de Vapor, 838 ué pasaría si no existiera el condensador? Primera locomotora de vapor del mundo, construìda en 804. Barco de Vapor Locomotora de vapor, 866 Diga el nombre de cada una de las partes Motocicleta a vapor, 889 Ciclo Rankine - Pág. 4 Ciclo Rankine - Pág. 5

4 DIAGRAMA T - s CICLO RANKINE REAL. Diagrama h. s - Mollier Por qué existen caídas de presión en las calderas y condensadores? Por qué la turbina es irreversible? Ciclo Rankine - Pág. 6 Ciclo Rankine - Pág. 7

5 - Aproximadamente adiabática. 0,adiabático (h v h q q w (h h ) v h t( ) h ) + v (u h f v 0 vdp 0.3 Bombas f Asumir líquido incompresible a la entrada de la bomba. vdp vf (P P ) w t( ) (P h u ) + P ) Pdv (h 0 h ) vdp Las bombas sirven para dar el flujo de masa m, y elevar la presión en líquidos!! Bombas Centrífugas todas las bombas se calculan con la misma formula anterior, solo cambiaran las propiedades del liquido Rendimiento isoentrópico de la bomba (si te dan como dato) nsb vf (P - P)/ t h h + v f (P - P ) Bombas Centrìfugas en serie y paralelo. Lab. Energìa PUCP Bomba de Pistòn Lab. Energìa PUCP Ciclo Rankine - Pág. 8 Ciclo Rankine - Pág. 9

6 .4 Calderas Caldera: 3 q3 q (u 3 u ) + Pdv (h3 h ) vdp ,isobárica q ( 3 ) h3 h Rendimiento de la Caldera Cómo calcularías el rendimiento de tu cocina a gas? Por qué no puedes tener tu bomba en tu departamento del piso 0? Hasta qué piso podrá bombear? Por qué el motor está arriba? Caldera Pirotubular Central Tèrmica a Vapor Lab. Energìa PUCP Ciclo Rankine - Pág. 0 Ciclo Rankine - Pág.

7 Cuál es la diferencia entre una Central Nuclear y una Central Térmica? ué tipo de Calderas son las que se muestran arriba? Nombre las partes y diga qué tipo de Central son Caldera Acuotubular que funciona con biomasa - Caña de azúcar, maiz, cascarilla de arroz, etc Ciclo Rankine - Pág. Ciclo Rankine - Pág. 3

8 Centrales nucleares Partes de una Central Nuclear ué son los edificios? Por qué tienen esa forma? Nombre las partes Ciclo Rankine - Pág. 4 Ciclo Rankine - Pág. 5

9 .4 Turbinas de vapor q w ( 3 4 ) t(3-4) (h h 4 4 h h 3 3 ) 4 vdp wt ( 3 4 ) Si la turbina es adiabática : 3 Cuántos älabes tiene esta turbina? Nombre las partes Indique el nombre de las maquinas en esta Central termica del Laboratorio PUCP Cuántas etapas tienen las turbinas superiores? ue relacion tienen estas máquinas con las Turbinas de vapor? Ciclo Rankine - Pág. 6 Ciclo Rankine - Pág. 7

10 .6 Condensadores q q4 (u u4 ) + Pdv (h h4 ) vdp q ( 4 ) h h4 Cuántos tubos tiene? Enumere las partes que conozca Condensador - Lab. Energìa PUCP Ciclo Rankine - Pág. 8 Ciclo Rankine - Pág. 9

11 Vistas de la parte interna de intercambiadores. ué tipo de máquinas son? Recordando los rendimientos th th th sum bomba sum 4 t turbina + sum 4 3 V t( 3 4 ) < 3 t( ) RENDIMIENTO DE LA PLANTA: Planta Planta VI th cal m gen C t ( 3 ) T ω VI T ( 3 ) com t ω th cal m gen Es verdad que el rendimiento de la planta puede ser VI/3? Ciclo Rankine - Pág. 0 Ciclo Rankine - Pág.

12 .7 Mejoras al Ciclo teòrico.8 Ciclo con Sobrecalentamiento Podemos incrementar la presion 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 Mejora o no el ciclo?.9 Ciclo con Recalentamiento SUPERCALENTADOR O SOBRECALENTADOR EN LAB. ENERGIA PUCP Bomba de Vacío - Lab. Energía PUCP Mejora el ciclo? tambien podemos bajar la presion en el condensador con una bomba de vacio, y aumentamos el area y el trabajo. no podemos bajar de bar Mejora el ciclo? Ciclo Rankine - Pág. Ciclo Rankine - Pág. 3

13 .0 Ciclo con Regeneración Problema Escriba las ecuaciones en cada uno de los aparatos Uso del Software Ciclo Rankine - Pág. 4 Ciclo Rankine - Pág. 5

14 . Ciclo con Cogeneración 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 0.8. Deberá considerar: - E p y E k 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 m 7, m 0, m. Si m 6 0.kg/s. d) La eficiencia del ciclo e) Sería posible una expansión adiabática desde P hasta P 3, pero de manera que x 3 86% Cuiál es la ventaja respectoa los modelos anteriores?. Ciclos Binarios Cuáles de las presiones son iguales? Isobaricas? Ciclo Rankine - Pág. 6 Ciclo Rankine - Pág. 7

15 Ciclo Rankine - Pág. 8 Ciclo Rankine - Pág. 9

16 Diagraa h-s del problema Laboratorio de Termodinámica PUCP Ciclo Rankine - Pág. 30 Ciclo Rankine - Pág. 3

17 Ciclo Rankine - Pág. 3

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