Sin t

1
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.FACULTAD DE
INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA
MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
Ciclos de Potencia de Vapor
TERMODINAMICA.
PROF. CARLOS G. VILLAMAR LINARES
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
INTRODUCCION
POTENCIA
CALOR
PLANTA DE VAPOR
TERMODINAMICA.
CALOR DE DESECHO
Finalidad Producir Potencia
Sustancia de Trabajo Generalmente Agua, durante
una parte del ciclo es líquido y otra vapor.
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CICLO DE CARNOT
Caldera
Turbina
TERMODINAMICA.
Condensador
Bomba
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CICLO DE CARNOT
1
2
1
4
TERMODINAMICA.
4
3
PROCESOS
1 2 Expansión adiabatica reversible.
3
2
2 3 Expulsión reversible de calor
3 4 Compresión adiabatica reversible
4 1 Absorsión reversible de calor.
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CICLO DE CARNOT
Este ciclo lo podemos representar como
TERMODINAMICA.
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
CICLO DE CARNOT
Th
Este ciclo lo podemos representar como
Tl
TERMODINAMICA.
La eficiencia la podemos determinar como
Como Wn Qh QL Sustituyendo en la ec. de la
Eficiencia
Por ser una máquina de Carnot la eficiencia queda
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Problemas presentes en el ciclo de Carnot.
Proceso 1 2 Expansión con formación excesiva
de humedad, no existe una turbina adecuada para
trabajar con sustancias bifasicas.
TERMODINAMICA.
Proceso 2 3 Condensación parcial, dificil de
lograr un punto 3 tal que al comprimirlo
reversiblemente obtengamos líquido saturado a la
presión de operación de la caldera. Proceso 3 4
Compresión de una mezcla líquido-vapor. No existe
una máquina compresora que pueda comprimir una
sustancia bifásica.
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CICLO RANKINE
T
TERMODINAMICA.
1
4
PROCESOS
1 2 Expansión adiabatica reversible.
2
3
2 3 Expulsión de calor a PCte.
3 4 Compresión adiabatica reversible
s
4 1 Absorsión de calor a P Cte.
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
CICLO RANKINE
T
TERMODINAMICA.
1
4
Calor Absorbido
Trabajo neto
PROCESOS
1 2 Expansión adiabatica reversible.
2
3
2 3 Expulsión de calor a PCte.
Calor Expulsado
3 4 Compresión adiabatica reversible
s
4 1 Absorsión de calor a P Cte.
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CICLO RANKINE
Eficiencia del ciclo
T
TERMODINAMICA.
1
La eficiencia de este ciclo es muy baja. Por lo
tanto se deben buscar métodos par incrementarla.
4
Trabajo Neto
2
3
s
s
11
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CICLO RANKINE
Variables que influyen en la eficiencia del ciclo.
T
TERMODINAMICA.
1
4
Trabajo neto
2
3
s
s
12
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CICLO RANKINE
Variables que influyen en la eficiencia del ciclo.
T
TERMODINAMICA.
1
1.- Reducción de la presión mínima del ciclo.
4
Trabajo neto
2
3
s
s
13
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CICLO RANKINE
Variables que influyen en la eficiencia del ciclo.
T
TERMODINAMICA.
1
1.- Reducción de la presión mínima del ciclo.
4
Calor absorbido
2
3
s
s
14
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CICLO RANKINE
Variables que influyen en la eficiencia del ciclo.
T
TERMODINAMICA.
1
1.- Reducción de la presión mínima del ciclo.
4
Calor expulsado
2
3
s
s
15
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CICLO RANKINE
Eficiencia del ciclo
Como Wn Qh QL Qh Aumenta y QL permanece
cte. Por lo tanto Wn aumenta
T
TERMODINAMICA.
1
4
Trabajo Neto
La presión mínima debe ser lo mas baja posible,
esto lo limita - Infiltraciones de aire al
sistema. - Temperatura del fluido refrigerante.
2
3
s
s
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CICLO RANKINE
Eficiencia del ciclo
Variables que influyen en la eficiencia del ciclo.
T
TERMODINAMICA.
1
2.- Implementar el proceso de sobrecalentamiento,
para aumentar la temperatura máxima del ciclo.
Esto se obtiene insertando un serpentín en la
caldera para sobrecalentamiento para
sobrecalentar el vapor saturado producido por la
caldera.
4
Trabajo Neto
2
3
s
s
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CICLO RANKINE
2.- Implementación el proceso de
sobrecalentamiento, para aumentar la temperatura
máxima del ciclo.
1
T
TERMODINAMICA.
4
Calor absorbido
2
3
s
s
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CICLO RANKINE
Eficiencia del ciclo
1
T
TERMODINAMICA.
2.- Implementación el proceso de
sobrecalentamiento, para aumentar la temperatura
máxima del ciclo.
4
2
3
Calor rechazado
s
s
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CICLO RANKINE
Eficiencia del ciclo
1
T
TERMODINAMICA.
2.- Implementación el proceso de
sobrecalentamiento, para aumentar la temperatura
máxima del ciclo.
4
Trabajo neto
Como Wn Qh QL Qh Aumenta y QL permanece
cte. Por lo tanto Wn aumenta
2
3
s
s
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Problemas y limitaciones presentes en el ciclo
Rankine con sobrecalentamiento.

• A mayor grado de sobrecalentamiento mayor será
  el trabajo neto obtenido.

- La temperatura máxima esta limitada por la
resistencia de los materiales.
TERMODINAMICA.
- La eficiencia obtenida es relativamente baja,
depende del grado de sobrecalentamiento y por lo
tanto de los materiales utilizados.
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3.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y
aumento de Presión.
Otra forma de aumentar la eficiencia del ciclo es
mantener la temperatura máxima del ciclo
constante y aumentar la presión de operación.
1
TERMODINAMICA.
T
4
Trabajo neto
2
3
s
s
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
3.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y
aumento de Presión.
1
TERMODINAMICA.
T
4
Trabajo neto
2
3
s
s
23
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INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA
MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
3.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y
aumento de Presión.
1
TERMODINAMICA.
T
4
Calor Absorbido
2
3
s
s
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
3.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y
aumento de Presión.
1
TERMODINAMICA.
T
4
2
Calor Rechazado
3
s
s
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3.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y
aumento de Presión.
1
TERMODINAMICA.
T
4
Trabajo neto
2
3
s
s
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3.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y
aumento de Presión.
TERMODINAMICA.
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
3.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y
aumento de Presión.
Como Wn Qh QL Qh Aumenta en mayor medida
que lo que QL disminuye Por lo tanto Wn aumenta
TERMODINAMICA.
Problemas
- Se presentan mayores problemas de formación de
humedad en las ultimas etapas de la turbina, esto
reduce su vida util
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3.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y
aumento de Presión.
TERMODINAMICA.
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento Aumento
de Presión y Recalentamiento.
3
2
1
TERMODINAMICA.
4
6
5
30
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento Aumento
de Presión y Recalentamiento.
1
3
TERMODINAMICA.
6
2
4
5
31
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento Aumento
de Presión y Recalentamiento.
TERMODINAMICA.
Implementación del proceso de recalentamiento.
Calor absorbido
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4.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento Aumento
de Presión y Recalentamiento.
TERMODINAMICA.
Implementación del proceso de recalentamiento.
Calor expulsado
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4.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento Aumento
de Presión y Recalentamiento.
TERMODINAMICA.
Implementación del proceso de recalentamiento.
Trabajo neto
34
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con sobrecalentamiento Aumento
de Presión y Recalentamiento.
Ventajas y limitaciones.

• La implementación de este proceso reduce la
  formación de humedad en la turbina de baja
  presión, alarga la vida útil de esta.

TERMODINAMICA.
- La temperatura del vapor recalentado (3)
generalmente es igual o menor que la temperatura
del vapor sobrecalentado (2), pero nunca mayor.
Trabajo neto
- La implementación de este proceso no garantiza
el aumento de la eficiencia del ciclo, si es mal
implementado puede incluso reducirla.
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4.- Ciclo Rankine con Regeneración.

• La Regeneración persigue elevar la temperatura
  del fluido en la entrada de la caldera, para
  lograrlo utiliza energía del mismo ciclo.
• Se extrae vapor de las turbinas hacia los
  calentadores regenerativos.

4
3
1
TERMODINAMICA.
6
5
2

• Se utilizan calentadores Abiertos (CA) y/o
  Cerrados.

11
8
7
- En los CA el fluido a calentar y ha calentarse
deben estar a la misma presión.
10
9
13
12
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4.- Ciclo Rankine con Regeneración.
4

• En los CC los fluidos pueden estar a diferentes
  presiones.
• Son intercambiadores de calor de carcaza y tubos.

3
1
TERMODINAMICA.
6
5
2
11
Tecc
8
7
10
9
Tsff Tsfc
Teff
13
12
L ?
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con Regeneración.
1
4
TERMODINAMICA.
11
12
2
10
5
3
8
9
7
6
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con Regeneración.
1
4
TERMODINAMICA.
11
12
2
10
5
3
Calor absorbido
8
9
7
6
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con Regeneración.
1
4
TERMODINAMICA.
11
12
2
10
5
3
8
9
Calor expulsado
7
6
40
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INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA
MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con Regeneración.
1
4
TERMODINAMICA.
11
12
2
10
5
3
Trabajo neto
8
9
7
6
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con Regeneración.
Para conocer la masa que circula por los
diferentes aparatos se define el termino fracción
masica (fmx)
TERMODINAMICA.
Se debe hacer un balance energético a los
calentadores.
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con Regeneración.
Aplicando la 1 ley al calentador abierto.
TERMODINAMICA.
Aplicando la 1 ley al calentador cerrado
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
4.- Ciclo Rankine con Regeneración.
IRREVERSIBILIDADES. Hasta ahora se han
considerado que los procesos de compresión y
expansión son ideales es decir isentrópicos, pero
en la realidad eso no sucede por lo tanto todos
los procesos adiabáticos reales tienen
involucrado un aumento de entropía debido a las
irreversibilidades internas. Por lo tanto se
define la eficiencia
TERMODINAMICA.
Bombas
Turbinas
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4.- Ciclo Rankine con Regeneración.
TERMODINAMICA.
Diagrama T-s considerando las irreversibilidades.
Diagrama T-s procesos ideales
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FIN Preguntas ?
TERMODINAMICA.