Libro Termodinamica Cap 12 Ciclo Rankine Hadzich

Ciclo Rankine 12 - Pág. 1Ciclo Rankine - Pág. MT

Termodinámica para ingenieros PUCP

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 H2O, 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 1712. Actualmente es una de las màs baratas y su uso continùa expandièndose.

Cap. 12

Ciclo Rankine

Ciclo Rankine 12 - Pág. 3Ciclo Rankine - Pág. 2

Termodinámica para ingenieros PUCPCiClo Rankine

12.1 CICLO RANKINE (Centrales Térmicas a vapor)

Este ciclo usa vapor de agua como sustan-cia pura, usaremos Tablas de Vapor y diagramas T-s y h -s

Consideraciones:- Proceso FEES – Estacionario.- EK = 0; EP = 0

Procesos:1-2: Bomba de Líquido (s = c)2-3: Calentamiento (vaporización a P = c)

3-4: Expansión adiabática (s = c). stη4-1: Condensación a P = c.

1QQ

1Q

QQQ

WW

QWW

Q

WW

Q

W

23

41

23

4123th

23

)21(t)43(t

sum

turbinabombath

sum

Vt

sumth

<−=−

=

−=

+=

+==

−−

∑ ∑∑

η

η

η

Caldera

Bomba

Turbina

Condensa-

Rendimiento del ciclo:

ESQUEMA DE UNA PLANTA TÈRMICA A VAPOR

Comprarse el CD - Cómo funcionan las cosas ?



Dónde se utiliza este Ciclo de Vapor ?

Primera locomotora de vapor del mundo,construìda en 1804.

Locomotora de vapor, 1866

Barco de Vapor

Motocicleta a vapor, 1889

Màquina de Vapor, 1838

CICLO RANKINE IDEAL

Qué pasaría si no existiera el condensador ?

Diga el nombre de cada una de las partes



12.2 Diagrama h . s - MollierDIAGRAMA T - s CICLO RANKINE REAL

Por qué existen caídas de presión en las calderas y condensadores ?

Por qué la turbina es irreversible ?



Bombas Centrífugas todas las bombas se calculan con la misma formula anterior, solo cambiaran las propiedades del liquido

Bombas Centrìfugas en serie y paralelo.Lab. Energìa PUCP

Bomba de PistònLab. Energìa PUCP

12.3 Bombas

12)21(t

12f112

)21(t12f1

2

112

f112

2

112

2

112

0

2

1012

adiabático,012

hhw)PP(vhh

w)PP(vvdP)hh(

vvv

0vdP)hh(

vdP)hh(Pdv)uu(qq

−=−+=

=−==−

==

=−−

−−=+−=−

−

−

=

==

∫

∫

∫∫

- Aproximadamente adiabática.

)P- (Pv h h 12f112 ×+=

Asumir líquido incompresible a la entrada de la

bomba.

Rendimiento isoentrópico de la bomba (si te dan como dato)nsb = vf1 (P2 - P1)/ Wt 12

Las bombas sirven para dar el flujo de masa m , y elevar la presión en líquidos !!



12.4 Calderas

Caldera:

isobárica,0

3

223

0

3

202323 vdP)hh(Pdv)uu(qq

==

=∫∫ −−=+−=−

23)32( hhq −=−

Rendimiento de la Caldera

Caldera PirotubularCentral Tèrmica a VaporLab. Energìa PUCP

Cómo calcularías el rendimiento de tu cocina a gas ?

Por qué el motor está arriba ?

Por qué no puedes tener tu bomba en tu departamento del piso 10 ?Hasta qué piso podrá bombear ?



Cuál es la diferencia entre una Central Nuclear y una Central Térmica ?

Qué tipo de Calderas son las que se muestran arriba ?

Nombre las partes y diga qué tipo de Central son____________

Caldera Acuotubular que funciona con bio-masa - Caña de azú-car, maiz, cascarilla de arroz, etc



Centrales nucleares

Qué son los edificios ?

Por qué tienen esa forma ?

Nombre las partes

Partes de una Central Nuclear



Cuántos älabes tiene esta turbina ?

Cuántas etapas tienen las turbinas superiores ?

Que relacion tienen estas máquinas con las Turbinas de vapor ?

Nombre las partes

12.4 Turbinas de vapor

344)-t(3

w

4

334)43(

hhw:adiabáticaes turbina la Si

vdP)hh(q

)43(t

−=

−−=

−

∫−

Indique el nombre de las maquinas en esta Central termica del Laboratorio PUCP



12.6 Condensadores

0

1

441

0

1

404141 vdP)hh(Pdv)uu(qq

==

=∫∫ −−=+−=−

41)14( hhq −=−

Condensador - Lab. Energìa PUCP

Cuántos tubos tiene ?

Enumere las partes que conozca



RENDIMIENTO DE LA PLANTA:

genmcalth

TVI

WT

Q

Q

Q

W

QVI

tcom

)32(

)32(

tPlanta

genmcalthC

Planta

ηηηη

ωωη

ηηηηη

××

×××=

×××==

∑∑ −

−

1QQ

1Q

QQQ

WW

QWW

Q

WW

Q

W

23

41

23

4123th

23

)21(t)43(t

sum

turbinabombath

sum

Vt

sumth

<−=−

=

−=

+=

+==

−−

∑ ∑∑

η

η

η

Recordando los rendimientos

Es verdad que el rendimiento de la planta puede ser VI/Q23 ?

Vistas de la parte interna de intercambiadores.

Qué tipo de máquinas son ?



12.9 Ciclo con Recalentamiento

12.8 Ciclo con Sobrecalentamiento

SUPERCALENTADOR O SOBRECALENTADOR EN LAB. ENERGIA PUCP

Mejora el ciclo ?

12.7 Mejoras al Ciclo teòrico

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

tambien podemos bajar la presion en el condensador con una bomba de vacio, y aumentamos el area y el trabajo. no podemos bajar de 1 bar

Bomba de Vacío - Lab. Energía PUCP

Mejora o no el ciclo ?

Mejora el ciclo ?



Problema

Uso del Software

12.10 Ciclo con Regeneración

Escriba las ecuaciones en cada uno de los aparatos



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 0.82. Deberá considerar:

- Ep y Ek despreciables- Líquido incompresible- Las bombas son adiabáticas reversibles.

Determinar:a) Los diagramas T-s y h-s.b) Todaslasentalpíasespecíficas(kJ/kg)c) Losflujosdemasasm7, m10, m11. Si m6=0.2kg/s.d) Laeficienciadelcicloe) Sería posible una expansión adiabática desde P12 hasta P13, pero de manera que x13=86%

Cuáles de las presiones son iguales ? Isobaricas ?

12.12 Ciclos Binarios

12.11 Ciclo con Cogeneración

Cuiál es la ventaja respectoa los modelos anteriores ?





Laboratorio de Termodinámica PUCPDiagraa h-s del problema

Ciclo Rankine - Pág. 32

CiClo Rankine

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