EFICIENCIA TÉRMICA CICLO RANKINE
CASO I
Considere un ciclo regenerativo que utiliza vapor como fluido de trabajo. El vapor sale de la caldera y entra a la turbina a 4 MPa y 400°C. Después de expandirse hasta 400 kPa, parte del vapor se extrae de la turbina con objeto de calentar el agua de alimentación en el tanque de retorno de condensados. La presión en el tanque de condensados es de 400 kPa y el agua que sale a la caldera es un líquido saturado a 400 kPa. El vapor que no se extrae (condensing) se expande hasta 10 kPa. Determinar la eficiencia del ciclo.
CASO II
Vapor sobrecalentado a 2.5 MPa y 300°C ingresa a una turbina condensante, el condensing se elimina a 10 kPa. Asumir una eficiencia isoentrópica de la turbina del 85% y eficiencia isoentrópica de bomba del 80%. Se omitió el tanque de condensado, pero en la realidad debe tomarse en cuenta y en ese punto se alimenta el agua fresca. Determinar:
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Eficiencia del ciclo.
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La razón de calor en kJ/kW-hr
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El vapor requerido en kg/hr para producir 1,000 kW
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Eficiencia ideal del ciclo.
El ciclo Rankine es un ciclo de potencia de vapor para producción de energía eléctrica y también se define como una central térmica de generación eléctrica. Usualmente utiliza como fluido de trabajo vapor de agua.
En el proceso se utiliza una caldera acuotubular que usualmente genera vapor entre 1,000 a 1,500 psi el cual se envía a una turbina condensante en la cual se transforma la energía térmica y la debido a la presión, en energía mecánica a través de los álabes de la turbina. El vapor de descarga se termina de condensar en un condensador, usualmente usando una torre de enfriamiento por convección forzada. A la salida del condensador se obtiene líquido saturado el cual se envía al tanque de retorno de condensado en el cual también ingresa el agua fresca. El tanque de retorno de condensados utiliza una bomba de alta presión para enviar la mezcla del condensado retornado y agua fresca a la caldera.
El generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica. Hay variables de operación que permiten mejorar su eficiencia, como el sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina a mayor temperatura, recalentamiento entre etapas de turbina o regeneración del agua de alimentación a caldera.
Ciclo Rankine con caldera acuotubular de 8,000 Bhp que produce vapor a 1,200 psi con sobrecalentamiento de 300 grados centígrados.
Turbina condensante que utiliza vapor a 1,500 psi con sobrecalentamiento de 400 grados centígrados.
