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EL CICLO RANKINE IDEAL REGENERATIVO

1. EL CICLO RANKINE IDEAL
REGENERATIVO

2. Un examen cuidadoso del diagrama T-s del ciclo Rankine dibujado en la
figura de abajo revela que el calor se transfiere al fluido de trabajo
durante el proceso 2-2′ a una temperatura relativamente baja. Esto reduce
la temperatura promedio a la que se añade el calor y por consiguiente la
eficiencia del ciclo.

3. Para remediar esta deficiencia, busquemos la manera de elevar la
temperatura del líquido que sale de la bomba (llamado agua de
alimentación) antes de que entre a la caldera.
Una opción es el calentador del agua de alimentación (CAA), este
calentador es un intercambiador de calor donde éste se transfiere del
vapor de la turbina en diversos puntos al agua de alimentación mediante
la mezcla de ambos flujos de fluido (calentadores de agua de alimentación
abiertos) o sin mezclarlos (calentadores de agua de alimentación
cerrados).
Ambos calentadores de agua de alimentación son frecuentemente
utilizados en las centrales eléctricas de vapor

4. Calentadores abiertos de agua de alimentación

5. Características y Formulas
Las turbinas y las bombas son isentrópicas; no hay caídas de presión en la
caldera ni en el condensador, tampoco en el calentador de agua de
alimentación; y el vapor sale del condensador y del calentador de agua de
alimentación como líquido saturado.

6. Ejemplo
Considere una central eléctrica de vapor que opera en un ciclo Rankine
ideal regenerativo con un calentador abierto de agua de alimentación. El
vapor entra a la turbina a 15 MPa y 600 °C, y se condensa en el
condensador a una presión de 10 kPa. Una parte de vapor sale de la
turbina a una presión de 1.2 MPa y entra al calentador abierto de agua de
alimentación. Determine la fracción de vapor extraído de la turbina y la
eficiencia térmica del ciclo.
P1=P7=10kpa ---------(Condensador)
P4=P5=15MPa --------(Caldera)
P2=P3=P6=1.2 Mpa--(CAA abierto)
s1=s2 --------------------(Condensador)
s3=s4 --------------------(Bomba)
s5=s6=s7 ---------------(Turbina)

9. Calentadores cerrados de agua de alimentación

10. Los dos flujos pueden estar a presiones diferentes, puesto que no se
mezclan. En un calentador cerrado de agua de alimentación ideal el agua
de alimentación se calienta hasta la temperatura de salida del vapor
extraído, que idealmente sale del calentador como líquido saturado a la
presión de extracción. En las centrales eléctricas reales, el agua de
alimentación sale del calentador a una temperatura menor que la de
salida del vapor extraído porque se requiere una diferencia de
temperatura de al menos unos cuan tos grados para que se lleve a cabo
cualquier transferencia de calor efectiva.

11. Después, el vapor condensado se bombea a la línea del agua de
alimentación o se envía a otro calentador o al condensador mediante un
dispositivo llamado trampa, el cual permite que el líquido sea
estrangulado hasta una región de presión inferior, pero atrapa el vapor. La
entalpía del vapor permanece constante durante este proceso de
estrangulación.

12. Comparación de CAA abiertos y cerrados
Abiertos
Simples
Económicos
Buenas características para la
transferencia de calor
Agua de alimentación en estado de
saturación
Cadacalentador requiere una bomba
La mayor parte de las centrales eléctricas de vapor utilizan una
combinación de calentadores abiertos y cerrados
Cerrados
Tuberías internas mas complejas
Menos económicos
La transferencia de calor es
menos efectiva
No requieren una bomba
independiente para cada
calentador