Ciclos de potencia de vapor y combinados. Integrantes: Raquel Mejías Araya Vanessa Jiménez Badilla Emmanuel Ugalde Corrales

Transcripción

1 Ciclos de potencia de vapor y combinados Integrantes: Raquel Mejías Araya Vanessa Jiménez Badilla Emmanuel Ugalde Corrales

2 Se consideran ciclos de potencia de vapor en los que el fluido de trabajo se evapora y condensa alternadamente.

3 Es un ciclo termodinámico que se produce en un equipo o máquina cuando trabaja absorbiendo una cantidad de calor de una fuente de mayor temperatura y cediendo un calor a la de menor temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior.

4 La transferencia isotérmica de calor hacia y desde un sistema de 2 fases no es difícil de alcanzar en la práctica. El proceso de expansión isentrópica puede aproximarse bastante. El proceso de compresión isentrópica implica la compresión de una mezcla de líquido y vapor hasta un líquido saturado.

5 Este ciclo es ideal para las centrales eléctricas de vapor, no incluye ninguna irreversibilidad interna y posee cuatro componentes: Caldera Bomba Turbina Condensador

6 Esta compuesto por cuatro procesos: Compresión isentrópica en una bomba Adición de calor a presión constante en una caldera Expansión isentrópica en una turbina Rechazo de calor a presión constante en un condensador

7 La ficción de un fluido puede ocasionar caídas de presión en la caldera, el condensador y las tuberías entre diversos componentes. Como resultado, se desvían los ciclos de potencia y el vapor sale de la caldera a una presión un poco menor. Para arreglar estas caídas de presión, el agua se debe de bombear a una presión más alta que la que tiene el ciclo ideal. Esto requiere una bomba más grande y una mayor entrada de trabajo a la bomba.

8 Idea básica Incrementar 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.

9 Tres formas para incrementar la eficiencia del ciclo Rankine

10 El agua se presenta como un vapor húmedo en el condensador. Por lo que, la reducción de la presión del condensador disminuye automáticamente la temperatura del vapor, y por lo tanto, la temperatura a la cual el calor es rechazado.

11 Se logra incrementar la temperatura promedio a la que el calor es transferido al vapor sin necesidad de aumentar la presión de la caldera, lo cual es posible mediante el sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas.

12 Aumentar la presión de operación de la caldera, incrementa automáticamente la temperatura a la que sucede la ebullición. Al mismo tiempo, eleva la temperatura promedio a la cual se transfiere calor al vapor, de esta manera se incrementa la eficiencia térmica del ciclo.

13 Dos posibilidades para aumentar la presión de la caldera sin incrementar el contenido de humedad de vapor: Sobrecalentar el vapor a temperaturas muy altas antes de que entre a la turbina La temperatura promedio a la que se añade calor se incrementaría, de la misma manera, aumentaría la eficiencia del ciclo. Expandir el vapor en la turbina en dos etapas y recalentarlo entre ellas Modificar el ciclo Rankine ideal simple con un proceso de recalentamiento.

14 Turbina de alta presión Turbina de baja presión

15 Este proceso se alcanza con la extracción del vapor de la turbina en diferentes puntos para utilizarlo en el calentamiento del agua de alimentación. Ventajas Mejora la eficiencia del ciclo. Brinda un medio adecuado de desairear el agua de alimentación. Ayuda a controlar el gran flujo volumétrico del vapor.

16 Calentadores de agua de alimentación

17 Son una cámara de mezclado en la que el vapor extraído de la turbina se mezcla con el agua de alimentación que sale de la bomba. La mezcla debe salir del calentador como líquido saturado a la presión del calentador.

18 Son aquellos en los que el calor se transfiere del vapor extraído hacia el agua de alimentación sin que ocurra ninguna mezcla. Los dos flujos pueden presentar presiones diferentes, ya que, que no se mezclan.

19 Calentador abierto Simples Económicos Buenas características para transferencia de calor Cada calentador requiere una bomba para manejar el agua de alimentación Calentador cerrado Complejos (red de tuberías internas) Caros Menos efectiva la transferencia de calor (los dos flujos no entran en contacto) No se requiere una bomba independiente para cada calentador (vapor extraído y agua de alimentación a presiones diferentes)

20 El ciclo de Carnot ideal es un ciclo totalmente reversible. Los ciclos Rankine ideales únicamente son internamente reversibles. Las relaciones para la exergía y la destrucción de exergía en sistemas de flujo estacionario. Los procesos individuales que constituyen los elementos del proceso cíclico varían y dependen de cada aplicación en particular. La máquina ideal de ignición por chispa se compone de procesos adiabáticos y a volumen constante. Los ejemplos sobre ciclos tienen un rasgo distintivo en común: operan entre dos temperaturas límite.

21 Es 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. Muchos sistemas o dispositivos requieren la entrada de energía en forma de calor, denominado calor de proceso. Algunas industrias que se sustentan en procesos de calor son: la química de pulpa, papel, producción y refinación de petróleo, fabricación de acero, procesamiento de alimentos y textiles. Las industrias que utilizan grandes cantidades de calor para sus procesos también consumen una gran cantidad de energía eléctrica.

22 Bajo condiciones normales de operación, una parte de vapor se extrae de la turbina a cierta presión intermedia predeterminada P6. El resto del vapor se expande hasta la presión del condensador P7 y después se enfría a presión constante. El calor rechazado desde el condensador representa el calor de desecho en el ciclo.

23 El ciclo combinado que más interesa es el ciclo de turbina de gas (Brayton), el cual remata al ciclo de turbina de vapor (Rankine), y que tiene una eficiencia térmica más alta que cualquiera de los ciclos ejecutados individualmente. Es conveniente aprovechar las características deseables del ciclo de turbina de gas a altas temperaturas y utilizar los gases de escape de alta temperatura como fuente de energía en un ciclo en un intervalo de temperaturas menores, como un ciclo de potencia de vapor.

24 En este ciclo la energía se recupera de los gases de escape y se transfiere al vapor en un intercambiador de calor que sirve como caldera. Generalmente más de una turbina de gas se necesita para suministrar suficiente calor al vapor. Además, el ciclo de vapor pudiera implicar regeneración, así como recalentamiento.

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