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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
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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 ?
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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
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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 ?
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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 !!
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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 ?
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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
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Centrales nucleares
Qué son los edificios ?
Por qué tienen esa forma ?
Nombre las partes
Partes de una Central Nuclear
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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
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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
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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 ?
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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 ?
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Problema
Uso del Software
12.10 Ciclo con Regeneración
Escriba las ecuaciones en cada uno de los aparatos
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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 ?
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Laboratorio de Termodinámica PUCPDiagraa h-s del problema
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CiClo Rankine