Análisis de los sistemas de generación de energía mediante vapor

Desde el punto de vista de la tecnología de la energía el mundo no cambia mucho desde la invención de la rueda hasta el siglo XII, en que se comenzó a usar la rueda hidráulica. Esta es la primera innovación que ofrece una alternativa al trabajo animal o humano desde el comienzo de la historia.

A fines del siglo XVIII aparece en Inglaterra la maquina de vapor, que surge de la necesidad de obtener fuerza motriz para las bombas de desagote de pozos de minas de carbón. No pasa mucho tiempo hasta que su aplicación se generaliza haciendo posibles una serie de cambios económicos de gran impacto, en 1814 Stephenson, ingeniero autodidacto, construye la primera locomotora; en 1826 se tiende el primer va forrea en Inglaterra (velocidad: 10 Km/hr). En 1830 en todo el mundo hay 330 Km de vas, y en 1870 hay 200000 Km. En 1807 Fulton en USA navega en el primer barco a vapor (propulsado a rueda puesto que la hélice no se comienza a usar hasta mucho mas tarde) y en 1819 cruz el Atlántico el primer barco a vapor (aunque fue un viaje accidentado pues se les acabo el carbón y hubo que finalizar a vela). El inmenso aumento de productividad tardo por el vapor, junto con la baja concomitante de precios de productos elaborados en forma masiva, trajo como consecuencia la ruina de las antiguas clases artesanales que al formar un sustrato social enorme, desprotegido y miserable, suministraba mano de obra barata a los pases europeos que facilito la concentración de capital capaz de financiar la expansión colonialista de mediados de siglo XIX, así como el aceleradísimo proceso de industrialización que transforma Europa y al mundo en esa época. Todo cambiaba vertiginosamente.

En este trabajo vamos a exponer los sistemas de generación de potencia por medio del vapor, que siguen siendo los responsables de más de la mitad de la energía eléctrica que se produce en el mundo. Pocas industrias no disponen de generación de vapor propio ya sea para energía eléctrica o calentamiento. Cuando se emplea vapor para calentamiento y para generar energía el sistema suele ser bastante complejo.

Los ciclos de vapor los podemos dividir entre ciclos de vapor abiertos y ciclos de vapor cerrados. En los próximos párrafos daremos un vistazo de cada uno de ellos.

CICLOS DE VAPOR

Como introducción al tema de ciclos de vapor, es necesario tener presentes distintos aspectos tratados con anterioridad en termodinámica relacionados con el ciclo de Carnot debido a su utilización como ciclo de referencia para evaluar el desempeño de otros ciclos y en particular al ciclo de potencia de vapor Rankine, haciendo las comparaciones correspondientes para así lograr caracterizar el funcionamiento de una maquina térmica bajo el esquema de los ciclo termodinámicos.

Hay diversos ciclos, estos son:

• Ciclo abierto: el típico ciclo sin condensación, propio de la máquina de vapor.

• Ciclo de Rankine: primer ciclo cerrado, incluye condensador, pero no incluye sobrecalentamiento de vapor.

• Ciclo de Hirn: (o Rankine con sobrecalentamiento). Se introduce la sobre calefacción de vapor. Veremos por qué es conveniente de usar y en qué casos.

Ciclo Abierto:

Este fue el primer ciclo de vapor a utilizarse en forma amplia. Corresponde a las típicas máquinas de vapor de ciclo abierto (locomotoras, locomóviles y muchas máquinas estacionarias en los inicios de la revolución industrial).

El ciclo opera de la siguiente

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