Exposición de ciclos termodinámicos

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARMEN[pic 1]

“POR LA GRANDEZA DE MÉXICO”

Dependencia Académica de Ciencias Químicas y Petrolera

Facultad de Química

MATERIA:

TERMODINAMICA

“CICLO RANKINE”

INTEGRANTES:

LÓPEZ USCANGA MANUEL ALEXANDER

BRYAN MIGUEL REYES VIDA

DULCE ANGELICA RAMIREZ HERNÁNDEZ

EDWIN ARTURO CUPIL CARRERA

PROFESOR:

Dra. ANGELICA GABRIELA VITAL OCAMPO

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN        2

Objetivos Generales        3

Lista de tablas y figuras        3

DESARROLLO        4

1.1 ¿Qué es el ciclo Rankine?        5

1.1.1 Ciclo Rankine – Procesos.        8

1.1.2 VARIABLES        9

1.1.3 ECUACIONES        9

1.1.4 Proceso isentrópico.        10

1.1.5 Proceso isobárico.        10

1.1.6 Ciclo de Rankine – pV, diagrama Ts        11

1.1.7 Mejora de la eficiencia térmica – Ciclo Rankine        11

VARIACIONES DEL CICLO RANKINE        11

1.1.8 Ciclo Rankine regenerativo        11

1.1.9 El ciclo con recalentamiento.        12

1.1.10 Análisis de energía del ciclo ideal Rankine.        13

CONCLUSION        14

CITAS BIBLIOGRÁFICAS        15

INTRODUCCIÓN

Rescatando el concepto de energía, notamos que es la capacidad que posee un cuerpo para realizar un trabajo; en otras áreas también se le reconoce como un recurso natural o artificial que cuenta con diversas aplicaciones relacionadas con fines de obrar, hacer surgir, transformar o poner en movimiento alguna máquina. Las fuentes naturales de energía (como el sol, efecto joule, rozamiento, etc.) frecuentemente enfrentan problemas para ser aprovechadas en su totalidad.

La creación de energía que se da al convertir el movimiento mecánico de turbinas, mediante la fuerza que producen dichas reacciones, fue un descubrimiento que impactó en el mundo. Sin embargo, la necesidad de optimizar la calidad del proceso, de disminuir los costos y controlar las emisiones de Dióxido de Carbono (CO2); establecen un escenario de mejora para estos ciclos de

potencia (Galindo, 2010).

Es así como la modernización de las plantas termoeléctricas establece una oportunidad para consolidar nuevos arreglos y configuraciones con base a los ciclos Rankine, proceso que debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero escocés William John Macquorn Rankine.

El ciclo surge como una mejora del Ciclo de Carnot al buscar tener una mejor relación de trabajo. Sus principios se basan en el calentamiento del agua para convertirla en vapor a presión que pueda mover una turbina; tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo para así crear

energía eléctrica y abastecer a las máquinas (Salazar, 2011).

Objetivos Generales

En este trabajo presentamos información relevante para la comprensión del tema de ciclos de Rankine, su aplicación en la industria y la forma en como convierte energía mecánica en eléctrica. Todo, con el propósito de dar a conocer a la comunidad estudiantil las aplicaciones y posibles usos que se le pueden dar a este sistema de generación de energía, pensando que en un futuro ellos puedan implementar avances o mejoras tecnológicas a partir de este ciclo y que ayude a la industria de producción a satisfacer la demanda energética del país.

En este presente trabajo tiene la finalidad de analizar el comportamiento termodinámico del ciclo de Rankine y proporcionar los datos necesarios al lector para su entendimiento.

Lista de tablas y figuras

Figuras

1. “Componentes del ciclo de Rankine (Fuste, 2015)”
2.  “Diagrama de planta termoeléctrica, UNAM(2020)”

1.3 “Tabla de variables. Universidad Nacional de Tucumán (2015)”

1.4 “Diagrama de Ts, por Nick Connor(2010)”

1.5 “Diagrama de Reducción de potencia, Universidad Nacional de Tucumán (2015)”

1.6 “Ciclo con recalentamiento, Kenneth Wark Jr. Termodinámica sexta edición”

Tablas

Tabla 1.1 “Formula relacion T=500 y h”

Tabla 1.2 “Formula relacion T=500 y S”

DESARROLLO

1.1 ¿Qué es el ciclo Rankine?

El proceso del ciclo de Rankine consiste en elevar la temperatura por medio de la quema de combustibles, en una caldera hasta evaporar, por lo tanto, se elevará la presión del vapor, y se traslada a unos transformadores llamados “turbinas”; en estos se produce energía cinética por medio de la pérdida de presión, el proceso sigue hacia un condensador donde el líquido se licua, para después introducirlo en una bomba que de igual manera aumentará la presión y ser nuevamente introducido en la caldera. El principal propósito de lo descrito anteriormente es transformar el calor en trabajo. El ciclo se consigue al aumentar la temperatura del algún liquido siempre y cuando tengan las siguientes características:

• Bajo valor de la capacidad calorífica del líquido.
• Alto valor de conductividad térmica.
• Barato, estable, abundante, no inflamable.
• Estar en estado líquido a temperatura ambiente y a la presión atmosférica.

Sus componentes son:

•  Caldera
• Turbina
• Bomba
• Condensador

(como se muestra en la figura 1.1)[pic 2]

Figura 1.1 “Componentes del ciclo de Rankine (Fuste, 2015)”

EJERCICIO 1. Considere una planta termoeléctrica de vapor de agua de 210 MW que opera en un ciclo de Rankine idea simple. El vapor entra a la turbina a 10 Mpa y 500°c y se enfría en el condensador a una presión de 10 kPa. Determine a) la calidad del vapor en la salida de la turbina b) la eficiencia térmica y c) el flujo masico del vapor.

[pic 3]

Figura 1.2 “Diagrama de planta termoeléctrica, UNAM(2020)”

Datos

P3=10Mpa

T3=500°c

P4=10kPa

W=210mw

Formulas

[pic 4]

Estado 3: ir a tabla vapor sobrecalentado T.A.14

P=10Mpa   T=500°c   h3=?   S3=?

[pic 5]

Tabla 1.1 “Formula relacion T=500 y h”

[pic 6]

Tabla 1.2 “Formula relacion T=500 y S”

Estado 4: ir a la tabla de presiones T.A.13 para obtener la entropía del fluido, la entalpia de la mezcla, entropía del fluido y la entalpia de la mezcla.

P=10kpa   S4=S3=6.5953 KJ/kG.K

1. Utilizando la ecuación de la calidad de vapor

[pic 7]

Conversión [pic 8]

Sf=0.6493 KJ/KG. K

Sfg=7.5009 KJ/KG. K

hf=191.83 KJ/KG

hfg= 2392.8 KJ/KH

[pic 9]

Encontrar h4 en la siguiente formula

[pic 10]

Estado 1: ir a tabla de presiones T.A13

P=10kpa

h1=191.83 KJ/Kg

Estado 2 dado a la siguiente formula

[pic 11]

[pic 12]

Conversión 10Mpa[pic 13]

[pic 14]

Calcular el calor de entrada y el calor de salida

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

Calculamos el trabajo neto

[pic 19]

[pic 20]

           b.   Calcular la eficiencia térmica

[pic 21]

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