Ciclos de fuerza de vapor. Jazmín Palma Campos Daniela Torrentes Díaz

Transcripción

1 Ciclos de fuerza de vapor Jazmín Palma Campos Daniela Torrentes Díaz

2 Ciclos de fuerza de vapor El vapor es el fluido de trabajo más empleado en los ciclos de potencia de vapor gracias a sus numerosas ventajas, como bajo costo, disponibilidad y alta entalpía de vaporización. El objetivo principal de una planta de potencia de vapor es producir energía eléctrica. Se compone de procesos de transferencia de calor a presión constante y de procesos de trabajo adiabático.

3 Ciclo de fuerza de vapor 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.

4 Restricciones del proceso 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, 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.

5 El ciclo de vapor de Rankine El ciclo Rankine es una modificación del ciclo Carnot, esto con el fin de mejorar el sistema térmico corrigiendo los problemas que este produce. El ciclo ideal Rankine, no incluye ninguna irreversibilidad interna.

6 Procesos reversibles 1-2 Compresión isoentrópica en una bomba. 2-3 Adición de calor a presión constante en una caldera. 3-4 Expansión isoentrópica en una turbina. 4-1 Rechazo de calor a presión constante en un condensador

7 Análisis de energía del ciclo ideal Rankine Los cambios en la energía cinética y potencial del vapor suelen ser pequeños respecto de los términos de trabajo y de transferencia de calor y, por consiguiente, casi siempre se ignoran.

8 Sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas Es posible elevar la temperatura promedio a la que se añade calor al vapor sin aumentar la presión de la caldera, y es con el sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas, logrando un incremento en el trabajo de la turbina.

9 Ciclo de fuerza de vapor real Se consideran las irreversibilidades en diversos componentes. Una bomba requiere una entrada de trabajo mayor, y una turbina produce una salida de trabajo más pequeña como consecuencia de las irreversibilidades.

10 Desviación de los ciclos de potencia de vapor reales respecto de los idealizados El ciclo potencia de vapor real difiere del ciclo Rankine ideal, debido a las irreversibilidades en diversos componentes. La fricción del fluido y las pérdidas de calor indeseables hacia los alrededores son las dos fuentes más comunes de irreversibilidades.

11 Perdidas por fricción La fricción del fluido ocasiona caídas de presión en la caldera, el condensador y las tuberías entre los diversos componentes. Perdidas de calor La perdida de calor del vapor por los alrededores cuando éste circula por varios componentes. Irreversibilidades en las bombas y turbinas Origina la disminución en el trabajo entregado por la turbina e incremento del trabajo suministrado a la bomba.

12 Cómo incrementar la eficiencia del ciclo Rankine? Incrementando la temperatura promedio a la que el calor se transfiere al fluido de trabajo en la caldera, o disminuir la temperatura promedio a la que el calor se rechaza del fluido de trabajo en el condensador.

13 Reducción de la presión del condensador La reducción de la presión de operación del condensador reduce automáticamente la temperatura del vapor, y por lo tanto la temperatura a la cual el calor es rechazado.

14 Sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas Disminuye el contenido de humedad del vapor a la salida de la turbina. En la actualidad la temperatura de vapor más alta permisible en la entrada de la turbina es de aproximadamente 620 C (1 150 F).

15 Incremento de la presión de la caldera Aumentar la presión de operación de la caldera, lo cual eleva automáticamente la temperatura a la que sucede la ebullición. Esto a su vez eleva la temperatura promedio a la cual se transfiere calor al vapor y de ese modo incrementa la eficiencia térmica del ciclo. Actualmente muchas de estas modernas centrales operan a presiones súper críticas (P > MPa)

16 El ciclo Rankine ideal con recalentamiento El vapor no se expande por completo en una sola etapa hasta la presión del condensador. Luego de expandirse parcialmente, el vapor se extrae de la turbina y se recalienta a presión constante. Se lo devuelve a la turbina para su expansión posterior hasta la presión de salida. Se puede considerar que la turbina está constituida por dos etapas, una de alta y otra de baja presión.

17 Eficiencia térmica del ciclo La eficiencia térmica del ciclo es la eficiencia para una máquina térmica.

18 El ciclo Rankine ideal regenerativo Consiste en extraer parte del vapor expandido en la turbina y utilizarlo para suministrar calor al fluido de trabajo, aumentado su temperatura antes de pasar por la fuente principal de calor (Caldera) a una presión determinada. Existen dos tipos de calentadores uno denominado calentador abierto o de contacto directo y el calentador cerrado o cambiador de calor de carcasa y tubos.

19 Calentadores abiertos de agua de alimentación Se ajustan los flujos másicos de las corrientes que entran al calentador, de manera que el resultado de la mezcla a la salida del calentador sea líquido saturado a una presión determinada. Las presiones de entrada deben ser iguales, para que no se produzcan retornos indeseables en las líneas de tuberías.

20 Calentadores cerrados de agua de alimentación En un calentador cerrado no se mezclan las corrientes que entran. El agua de alimentación circula por el interior de los tubos que pasan por el calentador y el vapor extraído de la turbina para precalentar el agua, se condensa sobre los tubos.

21 Cogeneración Establece que la producción de más de una forma útil de energía (como calor de proceso y energía eléctrica) a partir de la misma fuente de energía.

22 Ciclos de potencia combinados de gas y vapor Es un ciclo basado en el acoplamiento de dos ciclos de potencia diferentes, de modo que el calor residual en un ciclo sea utilizado por el otro, parcial o totalmente, como fuente térmica. Este ciclo combinado consiste en la utilización de un ciclo de turbina de gas Brayton como ciclo superior, con un ciclo de turbina de vapor (Rankine).

23 Ciclo de vapor binario Es aquel en el que el calor extraído durante el proceso de cesión de calor de un ciclo de potencia se utiliza como calor que entra en otro ciclo de potencia.

24 GRACIAS!