Ciclo Rankine: Funcionamiento y Eficiencia Térmica

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Descripción del ciclo Rankine
En el ciclo de Rankine, se hace recircular siempre el mismo fluido en un ciclo cerrado reversible. Los componentes del ciclo de Rankine también llamado el ciclo de la máquina de vapor standart pueden verse en la figura.
 
Una instalación de energía térmica es un sistema típico que emplea un ciclo de vapor en flujo estacionario. Aunque en el estudio presente se considera que es el agua de la sustancia que realiza el trabajo, es igualmente aplicable a cualquier otro fluido. En el ciclo de la máquina de vapor, se comprime reversible y adiabáticamente agua, inicialmente a baja temperatura y presión, hasta la presión de una caldera mediante una bomba de alimentación. En la caldera se le comunica entonces calor al agua a presión constante. Esta interacción térmica eleva la temperatura del agua hasta la saturación. 
Después de la evaporación, una adición posterior de calor recalienta el vapor a una temperatura mayor. A continuación se le permite al vapor recalentado que se expansione reversible y adiabáticamente en una máquina de vapor o en una turbina hasta la presión del condensador. La condensación se verifica en el condensador a presión constante cuando se elimina el calor de los vapores calientes mediante agua fría. El vapor condensado entra en la bomba de alimentación de la caldera y el ciclo se repite. 
En la siguiente figura vemos un diagrama T v/s S 
En esta figura vemos el diagrama P v/s V 
1 2: Evaporación
2 3: Expansión
3 4: Condensación
4 1: Reinyección
Ciclos Rankine
Los ciclos Rankine emplean agua / vapor o fluido de trabajo y son los normalmente empleados en centrales térmicas, tanto convencionales como nucleares. Su rendimiento presenta un valor medio aproximado del 60 o 70 % y las temperaturas de trabajo son altas. Estos ciclos son los más usuales cuando la temperatura del foco caliente esta entre los 300 y los 550ºC.
Q
En este caso (2) es el ebullidor, (3) la turbina, donde se obtiene el trabajo; (4) el condensador, para lograr que la temperatura del foco frío sea lo menor posible, y (1) la bomba de alimentación. La curva en forma de campana indica las fases de vapor / agua. 
Calculo de la Eficiencia Térmica del Ciclo Rankine 
En un análisis del ciclo Rankine puede aplicarse el primer principio de la termodinámica. Despreciando las variaciones en las energías cinética y potencial se obtiene la siguiente información de la figura. 
Aplicando el primer principio 
W1 = h1 - h2 
Wb = h4 - h3 
Wneto = Wt - Wb trabajo de la turbina – trabajo de la bomba 
qcal = h1 - h4 
Luego la eficiencia térmica será: