TRABAJO FINAL TERMODIMAMICA

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Figura 4. Bomba.

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Fuente: Termodinámica, Cengel, Quinta edición, McGraw-Hill.

- Caldera:

La caldera simplemente es un dispositivo que se utiliza para generar vapor, esto sucede a través de una transferencia de calor a presión constante donde generalmente entra un líquido saturado y sale del dispositivo un vapor saturado o un vapor sobrecalentado.

- Sobrecalentador:

Es el dispositivo que le brinda mayor calor al vapor saturado que entra por este llevándolo a temperaturas elevadas y volviéndolo un vapor sobrecalentado con mejor propiedades para volver más eficiente un ciclo termodinámico.

- Turbina:

Las turbinas por el contrario de las bombas y los compresores lo que hacen es generar un trabajo gracias al paso de vapor a una gran presión entre esta haciendo que los alabes internos de la turbina se muevan y generen un trabajo.

Figura 5. Turbina.

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Fuente: Termodinámica, Cengel, Quinta edición, McGraw-Hill.

- Condensador:

El trabajo de un condensador consiste en convertir un vapor saturado o una mezcla en un líquido saturado.

- Válvulas:

Una válvula de paso regula el paso de un fluido por un conducto, existen varios tipos de válvulas.

Figura 6. Válvulas.

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Fuente: Termodinámica, Cengel, Quinta edición, McGraw-Hill.

- Sistema de tratamiento de agua en proceso:

Es un sistema que reúne un conjunto de operaciones cuya finalidad es eliminar o reducir la contaminación para volver más eficiente el ciclo termodinámico.

- Torre de enfriamiento:

Sistema que se encarga de refrigerar agua que se encuentra a temperaturas muy altas, por medio de un ventilador que consume energía.

- Banco de resistencias:

Conjunto de elementos resistivos que sirven en el sistema termodinámico para controlar las resistencias que encenderán los bombillos instalados al final del proceso.

Luego de saber para que sirve cada uno de los componentes de un ciclo termodinámico, es necesario saber en que consiste el ciclo Rankine. El ciclo Rankine busca eliminar aspectos no eficientes del ciclo de Carnot sobrecalentando el vapor en la caldera y condensándolo por completo en el condensador. El ciclo Rankine es el ciclo ideal para las centrales eléctricas que funcionan con vapor de agua. Un ciclo Rankine ideal no incluye ningún tipo de irreversibilidad interna y su funcionamiento esta dado por cuatro procesos:

1-2 Compresión isentrópica en una bomba.

2-3 Adición de calor a presión constante en una caldera.

3-4 Expansión isentrópica en una turbina.

4-1 Rechazo de calor a presión constante en un condensador.

Figura 7. Ciclo Rankine ideal simple, con grafica T Vs. S.

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Fuente: Termodinámica, Cengel, Quinta edición, McGraw-Hill.

En este proceso termodinámico ocurren los siguientes fenómenos: El agua que entra a la bomba en el estado 1 se encuentra como liquido saturado y se condensa isentrópicamente hasta la presión con la que trabaja la caldera.

Después de haber pasado por la bomba el agua entra en la caldera en forma de liquido comprimido en el estado 2 y sale como un vapor sobrecalentado en el estado tres debido a la adición de calor brindada por este dispositivo gracias a la combustión de los diferentes agentes combustores con los que se pueden trabajar como lo son el gas, el acpm, o la gasolina diesel.

Seguido de esto el vapor sobrecalentado entra en el estado 3 a la turbina donde se expande isentrópicamente y produce trabajo al hacer girar el eje conectado a un generador eléctrico, la presión y la temperatura del vapor disminuyen hasta llegar al estado 4 en donde el vapor entra a un condensador. Este vapor se condensa a presión constante y sale del condensador como un líquido saturado a la bomba completando así el ciclo.

La anterior explicación es valida para un ciclo Rankine ideal pero en la vida real el ciclo Rankine presenta valores reales diferentes, ya que existen irreversibilidades en los componentes como lo pueden ser la fricción y las perdidas de calor hacia los alrededores. La fricción del fluido hace que la presión disminuya dentro de la caldera, condensador y tuberías. Con la perdida de calor la eficiencia del ciclo “ideal” disminuye.

Las irreversibilidades más importantes, por definición son las de la bomba y la turbina; una bomba requiere una entrada de trabajo mayor al trabajo de salida que brinda una turbina.

En los siguientes gráficos se muestran la diferencia de los procesos entre ciclos ideales y ciclos reales.

Figura 8. a) Diferencias entre el ciclo real y el ciclo ideal; b) Efecto de las irreversibilidades en la bomba y la turbina.

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Fuente: Termodinámica, Cengel, Quinta edición, McGraw-Hill.

Después se vio la necesidad de aprovechar mayores eficiencias a presiones mas altas de la caldera sin tener que enfrentar un problema de humedad excesiva en las etapas finales de la turbina entonces se creo el ciclo Rankine con recalentamiento que consiste en expandir el vapor en dos etapas mediante dos turbinas y recalentarlo entre estas dos, esto soluciona el problema de humedad que no se debería presentar en las turbinas

Figura 9. Ciclo Rankine ideal con recalentamiento.

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Fuente: Termodinámica, Cengel, Quinta edición, McGraw-Hill.

En el ciclo Rankine con regeneramiento se extrae una parte del vapor ya expandido en