¿Qué es un ciclo de Rankine?

Answer 1

El ciclo de Rankine describe de cerca el proceso mediante el cual los motores de calor operados por vapor que se encuentran comúnmente en las plantas de generación de energía térmica generan energía. Las fuentes de calor utilizadas en estas centrales eléctricas suelen ser la fisión nuclear o la combustión de combustibles fósiles como el carbón, el gas natural y el petróleo.
La eficiencia del ciclo de Rankine está limitada por el alto calor de vaporización del fluido de trabajo. Además, a menos que la presión y la temperatura alcancen niveles súper críticos en la caldera de vapor, el rango de temperatura por el que puede funcionar el ciclo es bastante pequeño: las temperaturas de entrada de la turbina de vapor son típicamente de alrededor de 565 ° C y las temperaturas del condensador de vapor son de alrededor de 30 ° C. Esto proporciona una eficiencia teórica máxima de Carnot para la turbina de vapor por sí sola de aproximadamente el 63% en comparación con una eficiencia térmica general real de hasta el 42% para una central eléctrica moderna a carbón. Esta baja temperatura de entrada de la turbina de vapor (en comparación con una turbina de gas) es la razón por la cual el ciclo Rankine (vapor) se usa a menudo como un ciclo de fondo para recuperar el calor rechazado en las centrales eléctricas de turbina de gas de ciclo combinado.
El fluido de trabajo en un ciclo de Rankine sigue un ciclo cerrado y se reutiliza constantemente. El vapor de agua con gotitas condensadas que a menudo se ve ondeando desde las estaciones de energía es creado por los sistemas de enfriamiento (no directamente del ciclo de energía de Rankine de circuito cerrado) y representa los medios para que el calor residual (de baja temperatura) salga del sistema, permitiendo la adición de calor (temperatura más alta) que luego puede convertirse en trabajo útil (energía). Este calor de “escape” está representado por el “Qout” que fluye desde el lado inferior del ciclo que se muestra en el diagrama T / s a ​​continuación. Las torres de enfriamiento funcionan como grandes intercambiadores de calor al absorber el calor latente de vaporización del fluido de trabajo y al mismo tiempo evaporar el agua de enfriamiento a la atmósfera. Si bien muchas sustancias podrían usarse como fluido de trabajo en el ciclo de Rankine, el agua suele ser el fluido elegido debido a sus propiedades favorables, como su química no tóxica y no reactiva, abundancia y bajo costo, así como sus propiedades termodinámicas .

Hay cuatro procesos en el ciclo de Rankine. Estos estados se identifican por números (en marrón) en el diagrama Ts anterior.

• Proceso 1-2 : el fluido de trabajo se bombea de baja a alta presión. Como el fluido es un líquido en esta etapa, la bomba requiere poca energía de entrada.
• Proceso 2-3 : el líquido a alta presión ingresa a una caldera donde se calienta a presión constante por una fuente de calor externa para convertirse en un vapor seco saturado. La energía de entrada requerida se puede calcular fácilmente gráficamente, usando un gráfico de entalpía-entropía, o numéricamente, usando tablas de vapor.
• Proceso 3-4 : el vapor seco saturado se expande a través de una turbina, generando energía. Esto disminuye la temperatura y la presión del vapor, y puede ocurrir algo de condensación. La salida en este proceso se puede calcular fácilmente utilizando el gráfico o las tablas indicadas anteriormente.
• Proceso 4-1 : el vapor húmedo ingresa a un condensador donde se condensa a presión constante para convertirse en un líquido saturado.

En un ciclo ideal de Rankine, la bomba y la turbina serían isentrópicas, es decir, la bomba y la turbina no generarían entropía y, por lo tanto, maximizarían la producción neta de trabajo. Los procesos 1-2 y 3-4 estarían representados por líneas verticales en el diagrama Ts y se parecerían más a la del ciclo de Carnot. El ciclo de Rankine que se muestra aquí evita que el vapor termine en la región de sobrecalentamiento después de la expansión en la turbina, lo que reduce la energía eliminada por los condensadores.

Referencia: wikipedia

Answer 2

Es un ciclo ideal para una central de vapor no real, tiene cuatro procesos, a saber

1. Adición de calor a presión constante (Q-in, P = constante)
2. Salida de trabajo adaibática reversible (W-out, S = Constante)
3. Rechazo de calor a presión constante (Q-out, P = constante)
4. Entrada de trabajo adaibática reversible (W-out, S = Constante)

Otras variantes del ciclo de Rankine son

1. Recalentar el ciclo de Rankine
2. Ciclo regenerativo de Rankine

Estas variantes se utilizan para aumentar la eficiencia de la central eléctrica.

Al recalentar el ciclo de Rankine, el vapor que sale de la turbina de alta presión se recalienta para aumentar la eficiencia de la central eléctrica.

Para el ciclo regenerativo de Rankine se puede usar

1. calentador de agua de alimentación abierta
2. o calentador de agua de alimentación cerrado

Answer 3

El ciclo de Rankine no es más que una forma modificada del ciclo de Carnot. En realidad, el ciclo de Carnot es el padre de todos los ciclos termodinámicos porque puede proporcionar la máxima eficiencia para un cierto límite de temperatura de trabajo. Pero dado que prácticamente no es posible construirlo, los ingenieros / científicos lo modificaron de diferentes maneras para que pueda funcionar en situaciones de la vida real. Pero sin darse cuenta, ya no será un ciclo de Carnot después de la modificación, sino que será un nuevo ciclo.

Los componentes del ciclo simple de Rankine son:

1. Caldera
2. Turbina de vapor
3. Condensador
4. Bomba

Además del formulario anterior, se utilizan varios equipos como Superheater, Economiser, Precalentador de aire, Separador de vapor, etc.

Primero, el agua se convierte en vapor en la caldera, lo que proporciona vapor a muy alta presión y temperatura. Este vapor se expande en una turbina de vapor (el vapor hace funcionar la turbina) que a su vez hace girar el generador. El vapor, después de la expansión, sale de la turbina y pasa a través del condensador. El trabajo del condensador es eliminar el calor latente de vaporización para que el vapor se convierta en agua. Esta agua ahora se bombea de vuelta a la caldera donde se calienta nuevamente y se repiten los procesos.

El ciclo de Rankine es un ciclo de producción de energía y ampliamente utilizado en plantas de energía a base de vapor. El principio principal del ciclo de Rankine es producir un vapor de alta presión y temperatura que golpea la turbina del vástago al golpear la pala de la turbina y finalmente la turbina gira a alta velocidad y la turbina está acoplada al generador que convierte la energía mecánica en energía eléctrica.

Answer 4

Este es un ciclo termodinámico idealizado de un motor térmico que convierte el calor en trabajo mecánico mientras experimenta un cambio de fase. El calor se suministra externamente a un circuito cerrado, que generalmente usa agua como fluido de trabajo.

Answer 5

El ciclo de Rankine es un modelo que se utiliza para predecir el rendimiento de los sistemas de turbinas de vapor. El ciclo Rankine es un ciclo termodinámico idealizado de un motor térmico que convierte el calor en trabajo mecánico. El calor se suministra externamente a un circuito cerrado, que generalmente usa agua como fluido de trabajo.