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Capítulo 9:Capítulo 9:
Ciclos de potencia de vapor y combinados.
9.1 El ciclo de 9.1 El ciclo de CarnotCarnot de vapor de vapor Considerese un ciclo de Carnot de flujo permanente llevado a cabo dentro de la curva de saturación de una sustancia pura como el agua:
Este tipo de ciclo presenta los siguientes inconvenientes prácticos:1. La temperatura máxima que puede emplearse en el ciclo está limitada por la
temperatura crítica del fluido de trabajo.2. El proceso de expansión isoentrópica da lugar a una baja calidad y la presencia de
gotas líquidas erosiona la turbina.3. El proceso de compresión isoentrópica implica la compresión de una mezcla líquido-
vapor hasta un líquido saturado. Realizar esta operación es muy complejo.
9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankine
Caldera
wturb, sal
Turbinawbomba, en
Bomba
Condensador
qsal
qen
wbomba, en
wturb, salqen
qsal
El ciclo ideal para las plantas de potencia de vapor es el ciclo de Rankine.
23
141hhhh
Rankine −−−=ε
9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankine(a) Desviación del ciclo real de potencia de vapor a partir del ciclo Rankine ideal. (b) Efecto de las irreversibilidades de la bomba y la turbina sobre el ciclo Rankine ideal.
CICLO IDEAL
CICLO REAL
Irreversibilidaden la bomba Caída de presión
en la caldera
Irreversibilidaden la turbina
Caída de presiónen el condensador
9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineEfecto de reducir la presión del condensador en el ciclo ideal Rankine.
Aumento en wneto
9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineEfecto del supercalentamiento del vapor a temperaturas más elevadas en el ciclo Rankine ideal.
Aumento en wneto
9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineEfecto de aumentar la presión de la caldera en el ciclo Rankine ideal. Aumento
en wneto
Disminuciónen wneto
Tmáx
9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineCiclo Rankine supercrítico.
Puntocrítico
9.2 El ciclo de 9.2 El ciclo de RankineRankineEl ciclo Rankine de recalentamiento ideal.
Caldera
Recalentador
P4 = P5 = Precalentamiento
Turbina de alta P
Turbina de baja P
Condensador
Bomba
Turbina dealta presión
Recalentamiento
Turbina debaja presión
9.3 El ciclo de 9.3 El ciclo de RankineRankine regenerativo regenerativo La primera parte del proceso de adición de calor en la caldera tiene lugar a temperaturas relativamente bajas.
Adición de calora baja temperatura
Vapor que salede la caldera
Vapor que entraa la caldera
9.3 El ciclo de 9.3 El ciclo de RankineRankine regenerativo regenerativo
Ciclo Rankine ideal regenerativo con calentador-alimentador abierto de agua.
CalderaTurbina
CAAabierto
Bomba II
Bomba I
Condensador
9.3 El ciclo de 9.3 El ciclo de RankineRankine regenerativo regenerativo Ciclo Rankine ideal regenerativo con calentador-alimentador cerrado de agua.
CalderaTurbina
Cámarade mezcla CAA
cerrado
Bomba I
Condensador
Bomba II
9.3 El ciclo de 9.3 El ciclo de RankineRankine regenerativo regenerativo
Turbina
CAAcerrado
Caldera
CAAcerrado
CAAabierto
CAAcerrado
Trampa Trampa Trampa
Bomba
Bomba
Plantade energía de vapor con un calentador-alimentador abierto y tres cerrados.
9.4 Ciclos de vapor binarios 9.4 Ciclos de vapor binarios
Ciclo binario de vapor de mercurio-agua.
Caldera
Bomba demercurio Turbina de
mercurioCICLO DEMERCURIO
Intercambiador de calor
CICLO DEVAPOR
Sobrecalentador
Turbina devapor
Condensador
Bombade vapor
Curva de saturación(mercurio)
Curva de saturación(vapor)
CICLO DEMERCURIO
CICLO DE VAPOR
9.5 Ciclos de potencia combinados de gas9.5 Ciclos de potencia combinados de gas--vaporvaporPlanta de energía combinada de gas-vapor.
Cámarade combustión
Intercambiador de calor
CICLO DE GAS
CompresorTurbinade gas
CICLO DE VAPOR
Bomba
Condensador
Turbinade vapor
en
sal
CICLO DE GAS
CICLO DE VAPOR
Turbinade vapor
en
sal
Entradade aire Gases
de escape
9.6 Cogeneración9.6 CogeneraciónPlanta simplede proceso de calentamiento.
Caldera
Bomba
Calentadordel proceso
en
9.6 Cogeneración9.6 CogeneraciónPlanta ideal de cogeneración.
Caldera Turbina
Calentadordel proceso
Bomba
bomba
9.6 Cogeneración9.6 CogeneraciónPlanta de cogeneracióncon cargas ajustables. Válvula de
expansión
Caldera
Turbina
CondensadorBomba II
Bomba I
Calentadordel proceso