Ciclo Rankine

Principios Fundamentales Principios Fundamentales ciclo rankineciclo rankine

Temario

• Ciclo de RankineCiclo de Rankine

Mejoras al Ciclo RankineMejoras al Ciclo Rankine

• Ciclo Rankine realCiclo Rankine real

•Optimización del ciclo rankineOptimización del ciclo rankine

• Ciclo Rankine con Sobrecalentamiento (Ciclo de Hirn)Ciclo Rankine con Sobrecalentamiento (Ciclo de Hirn)

• Ciclo Rankine con precalentamiento regenerativo del Ciclo Rankine con precalentamiento regenerativo del

agua de alimentaciónagua de alimentación

•CalderasCalderas

•Turbinas a vaporTurbinas a vapor

Ciclo Rankine Elemental

Esquema simplificado del Ciclo Rankine ElementalEsquema simplificado del Ciclo Rankine Elemental



Ciclo TermodinámicoCiclo Termodinámico

• Proceso 1-2: Expansión isoentrópica (el fluido de trabajo se comprime mediante una bomba)

• Proceso 2-3: Transmisión de calor (P= cte, el fluido de trabajo se calienta hasta la temperatura de saturación, liquido – vapor y finalmente a vapor sobresaturado )

•Proceso 3-4: Compresión isoentrópica ( el fluido de trabajo se expande en la turbina)

• Proceso 4-1: Transmisión de calor ( p =cte , el fluido trasmite calor al circuito de refrigeracion)

Ecuaciones:

Mejoras del ciclo rankine

Reducción de la presión del condensador


Incremento de la presión de la caldera:


Sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas:

Ciclo Rankine Real

Perdidas por fricción. ( la fricción del fluido ocasiona caídas de presión en los diferentes componentes )

Perdidas de calor. (Perdida de calor del vapor por los alrededores cuando éste circula por varios componentes.)

Irreversibilidades en las bombas y turbinas. ( variación de la entropía entre la entrada y salida)

• Aumento de la presión de saturaciónAumento de la presión de saturación

•Aumento de la temperatura de sobrecalentadoAumento de la temperatura de sobrecalentado

•Descenso de la temperatura de la fuente fríaDescenso de la temperatura de la fuente fría

• Precalentamiento de agua de alimentación (ciclo regenerativo)Precalentamiento de agua de alimentación (ciclo regenerativo)

• Recalentamiento de vaporRecalentamiento de vapor

• Precalentamiento de agua de alimentaciónPrecalentamiento de agua de alimentación

• Precalentamiento del aire de combustiónPrecalentamiento del aire de combustión

Estrategias para optimización

Ciclo Rankine con Recalentamiento

Esquema del Ciclo Rankine con sobrecalentamientoEsquema del Ciclo Rankine con sobrecalentamiento

Ciclo Rankine con Recalentamiento

Ciclo Rankine con Sobrecalentamiento

Consideraciones generales:

A la salida de la turbina de alta presión, el vapor esta generalmente próximo a la línea de saturación.

La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina.

El máximo rendimiento térmico de un ciclo ideal con recalentamiento se obtiene cuando el cociente Psal/Pent en la tubina de alta presiòn,se encuentra dentro del intervalode 0.15 a 0.35.

Ciclo Rankine con Sobrecalentamiento

Para calcular el rendimiento térmico de un ciclo de recalentamiento, hay que tomar en cuenta el trabajo que sale de ambas etapas de la turbina, así como el calor transferido en la zona de la caldera-sobre calentador y en la zona de recalentamiento rendimiento térmico esta dado por:

Ciclo Rankine regenerativo

Ciclo abierto



Ciclo Cerrado

En un calentador cerrado no se mezclan las corrientes que entran. El agua de alimentación circula por el interior de los tubos que pasan por el calentador y el vapor extraído de la turbina para precalentar el agua, se condensa sobre los tubos.

calderas La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para

generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase.

tipos Acuotubulares: calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos

durante su calentamiento. Pirotubulares: el fluido en estado líquido se encuentra en un

recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura

Turbinas a vapor

Clasificación de las turbinas a vapor Según el número de etapas o escalonamientos: - Turbinas monoetapa - Turbinas multietapa Según la presión del vapor de salida: - Contrapresión, en ellas el vapor de escape es utilizado posteriormente en el

proceso. - Escape libre, el vapor de escape va hacia la atmósfera - Condensación, el vapor de escape es condensado con agua de refrigeración Según la forma en que se realiza la transformación de energía térmica en

energía mecánica: - Turbinas de acción, en las cuales la transformación se realiza en los álabes

fijos. - Turbinas de reacción, en ellas dicha transformación se realiza a la vez en los

álabes fijos y en los álabes móviles. Según la dirección del flujo en el rodete. -Axiales, el paso de vapor se realiza siguiendo un con que tiene el mismo eje

que la turbina. Es el caso más normal. - Radiales, el paso de vapor se realiza siguiendo todas las direcciones

perpendiculares al eje de la turbina.

fabricantes

En el perù1) CENTRAL TERMICA MALACAS ( piura )– EEPSA (97 MW) Las tres turbinas pueden operar con gas natural, con petróleo diesel y con alimentación

mixta es decir una parte de diesel y otra de gas natural su rendimiento está por el orden de 24%.

2) CENTRAL TERMICA TRUJILLO. (62 MW) Reubicación de las 3 turbinas a gas Frame 5 de la central térmica de Chimbote. (3 x 20,5

MW).

3) CENTRAL TERMICA VENTANILLA. (498 MW) - Características Generales: Turbina 2 turbinas de gas Siemens V84.3 A - 2 calderas recuperadoras de calor - 1 turbina a vapor - Potencia Ciclo Simple 2 x 157 MW aprox - Ciclo Combinado 160 MW TV + 25 MW. - Total: 498 MW aprox

4) CENTRAL TERMICA KALLPA

La central termoeléctrica Kallpa cuenta actualmente con tres turbinas de generación a base de gas natural en operación. Adicionalmente, se encuentra en construcción la conversión de estas tres unidades a Ciclo Combinado, mediante una cuarta turbina de generación a base de vapor, con una inversión total de 700 millones de dólares.

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