CICLO RANKINE _TODO LO QUE DEBES SABER _ TERMODINÁMICA

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TERMODINÁMICA *Documento en unidades internacionales 
 
 
 
• Ciclo simple ideal y real. 
• Ciclo cerrado con sistemas abiertos. 
• Planta termoeléctrica. 
• Para obtener datos se utilizan las tablas de agua. 
• Procesos: 
o 1 – 2 Suministro de calor P = cte 
o 2 – 3 Expansión adiabática (reversible) s = ste 
o 3 – 4 Rechazo de calor P = cte 
o 4 – 1 Compresión adiabática (aumento de presión) s = cte 
• Diagrama de planta: 
 
• Equipo: 
o 1 – 2 Generador de vapor o caldera (intercambiador de calor de superficie) 
o 2 – 3 Turbina de vapor 
o 3 – 4 Condensador (Intercambiador de calor de mezcla) 
o 4 – 1 Bomba 
• Gráfico Rankine ideal: 
Qs = Calor entrada QR = Calor salida 
GE = Generador 
Eléctrico 
 
• Gráfico Rankine Real: 
 
• Eficiencia ciclo: 
𝜂𝑅 =
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜
𝑄𝑠
= 1 −
𝑄𝑅
𝑄𝑠
= 1 −
ℎ3 − ℎ4
ℎ2 − ℎ1
 
• Eficiencia planta o global: 
𝜂𝑅 𝐺𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 =
�̇�𝐺𝐸
�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
 
• Eficiencia real: 
𝜂𝑅 = 1 −
ℎ3𝑅 − ℎ4
ℎ2 − ℎ1
 
• Eficiencia teórica: 
𝜂𝑅 = 1 −
ℎ3𝑠 − ℎ4
ℎ2 − ℎ1
 
• Análisis Generador de vapor: 
�̇�𝑠 + �̇�𝑣ℎ1 = �̇�𝑣ℎ2 
1. Líquido subenfriado o 
comprimido 
2. Vapor saturado (en este caso) 
o vapor sobrecalentado 
3. Mezcla 
4. Líquido saturado 
S = teórico 
R = real 
𝑞𝑠 + ℎ1 = ℎ2 
 
�̇�𝑠 = �̇�𝑣(ℎ2 − ℎ1) [𝐾𝑊] 
𝑞𝑠 = ℎ2 − ℎ1 [
𝐾𝐽
𝐾𝑔
] 
 
𝜂𝐺𝑉 =
�̇�𝑠
�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏
 
 
• Análisis Turbina de vapor: 
�̇�𝑣ℎ2 = �̇�𝑇𝑉 + �̇�𝑣ℎ3 
 
�̇�𝑇𝑉 = �̇�𝑣(ℎ2 − ℎ3) [𝐾𝑊] 
𝑤𝑇𝑉 = ℎ2 − ℎ3 [
𝐾𝐽
𝐾𝑔
] 
�̇�𝑇𝑉 =
�̇�𝐹𝑙𝑒𝑐ℎ𝑎
𝜂𝑀é𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎
 
 
• Análisis Condensador: 
�̇�𝑣ℎ3 = �̇�𝑅 + �̇�𝑣ℎ4 
 
�̇�𝑅 = �̇�𝑣(ℎ3 − ℎ4) [𝐾𝑊] → 𝑡𝑎𝑚𝑏𝑖é𝑛 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑟 3𝑅 
𝑞𝑅 = ℎ3 − ℎ4 [
𝐾𝐽
𝐾𝑔
] 
 
• Análisis Bomba: 
�̇�𝐵 + �̇�𝑣ℎ4 = �̇�𝑣ℎ1 
 
�̇�𝐵 = �̇�𝑣(ℎ1 − ℎ4) 
 
• Flujo másico: 
�̇�𝑣 =
�̇�𝑇𝑉
ℎ2 − ℎ3
=
�̇�𝑇𝑉
ℎ2 − ℎ3𝑅
=
�̇�𝑛𝑒𝑡𝑜
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜
 
 
• Flujo de agua: 
�̇�𝐻2𝑂(ℎ𝐴𝐶 − ℎ𝐴𝐹) → �̇�𝐻2𝑂 =
�̇�𝑣(ℎ3𝑅 − ℎ4)
𝑐𝜌𝐻2𝑂(𝑇𝐴𝐶 − 𝑇𝐴𝐹)
 
𝑐𝜌𝐻2𝑂 = 4.186 𝐾𝐽 
AC = Agua caliente 
AF = Agua Fría 
 
• Trabajo de flecha: 
�̇�𝐹 =
�̇�𝐺𝐸
𝜂𝐺𝐸
 [𝐾𝑊] 
 
• Combustible: 
�̇�𝑐 = �̇�𝑐𝑃𝑐 
�̇�𝑐 =
�̇�𝑣(ℎ2 − ℎ1)
𝜂𝐺𝑉𝑃𝑐
 
 
• Eficiencias internas y más: 
𝜂𝑇𝑉
𝑖𝑛𝑡 =
ℎ2 − ℎ3𝑅
ℎ2 − ℎ3𝑠
 
𝜂𝑀𝐸𝐶 =
�̇�𝐹
�̇�𝑇𝑉𝑅
 
𝜂𝐺𝐸 =
�̇�𝐺𝐸
�̇�𝑇𝑉𝑅
 
𝜂𝐺𝐸 =
�̇�𝐺𝐸
�̇�𝐹
 
 
• IMPORTANTE: 
P1 = P2 
P3 = P4 
S2 = S3 
S4 = S1 
T3 = T4 
T2 = Temperatura máxima 
�̇�𝑣3 = �̇�𝑣4 
�̇�𝑇𝑉𝑅 > �̇�𝐺𝐸 
�̇�𝑐𝑜𝑚𝑏 > �̇�𝑠 
Vapor saturado → x = 100% 
Vapor sobrecalentado → x = No hay → T2 > Tsat 
Líquido saturado → x = 0 → 𝑇1 =
ℎ1
𝑐𝑝
 
Mezcla → x = fórmula de calidad 
Líquido subenfriado o comprimido → x = No hay → ℎ1 = ℎ4 + 𝑣4(𝑃1 − 𝑃4) 
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 = 𝑊𝑇𝑉 − 𝑊𝐵 = 𝑄𝑠 − 𝑄𝑅 
𝑄𝑠 = �̇�𝑣 ∗ 𝑞𝑅 
• Tablas de estados termodinámicos: 
EDO P [kPa] T [°C] h [KJ/kg] s [KJ/kg K] X % 
1 
2 
3S 
3R 
4 
 
*3R y 3S se utiliza si se tienen eficiencias internas. Si no solo 3.