Ciclo Rankine

4. Ciclos termodinámicos 63 de 76

4.3 Ciclo Rankine

Introducción

El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico en el que se relaciona el consumo

de calor con la producción de trabajo. Como otros ciclos termodinámicos, la

máxima eficiencia termodinámica es dada por el cálculo de máxima eficiencia del

Ciclo de Carnot. Debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero y físico escocés

William John Macquorn Rankine.

El ciclo Rankine es un ciclo de planta de fuerza que opera con vapor. Este es

producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde

produce energía cinética, donde perderá presión. Su camino continúa al seguir hacia

un condensador donde lo que queda de vapor pasa a estado líquido para poder

entrar a una bomba que le subirá la presión para nuevamente poder ingresarlo a

la caldera. Existen algunas mejoras al ciclo, como por ejemplo agregar sobrecalentadores

a la salida de la caldera que permitan obtener vapor sobrecalentado para

que entre a la turbina y aumentar así el rendimiento del ciclo.

Diagrama T-s del ciclo

Figura 4.3: El diagrama T-S de un ciclo de Rankine con vapor de alta presión

sobrecalentado.

Existen cuatro procesos distintos en el desarrollo del ciclo, los cuales van cambiando

el estado del fluido. Estos estados quedan definidos por los números del 1

al 4 en el diagrama T-s. Los procesos que tenemos son los siguientes (suponiendo

ciclo ideal con procesos internamente reversibles):

ITESCAM MTC-1017 Fundamentos de Termodinámica

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Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde

la presión de la caldera hasta la presión del condensador.

Proceso 2-3: Transmisión de calor desde el fluido de trabajo al refrigerante

a presión constante en el condensador hasta el estado de líquido saturado.

Proceso 3-4: Compresión isoentrópica en la bomba. En él se aumenta la

presión del fluido mediante un compresor o bomba, al que se le aporta un

determinado trabajo.

Proceso 4-1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante

en la caldera. En la realidad, los procesos no son internamente reversibles,

pues tenemos distintas irreversibilidades y pérdidas, lo que se refleja

en que los procesos 1-2 y 3-4 no son isoentrópicos.

Variables

˙Q

in Potencia térmica de entrada (energía por unidad de tiempo)

m˙ Flujo de masa (masa por unidad de tiempo)

˙W

potencia mecánica suministrada o absorbida (energía por unidad de tiempo)

 eficiencia termodinámica del proceso (potencia absorbida por la turbina

de entrada de calor, adimensional)

h1, h2, h3, h4 Estas son las Entalpías específicas a los puntos indicados en el

diagrama T-S

Ecuaciones

Cada una de las cuatro primeras ecuaciones se obtiene

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