Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 10
RESUMEN
El ci clo de Car not no es un mo de lo ade cua do pa ra los ci clos
de po ten cia de va por por que no se pue de al can zar en la prácti
ca. El ci clo mo de lo pa ra los ci clos de po ten cia de va por es
el ci clo Ran ki ne, el cual se com po ne de cua tro pro ce sos in terna
men te re ver si bles: adi ción de ca lor a pre sión cons tan te en
una cal de ra, ex pan sión isen tró pi ca en una tur bi na, re cha zo
de ca lor a pre sión cons tan te en un con den sa dor y com presión
isen tró pi ca en una bom ba. El va por sa le del con den sa dor
co mo lí qui do sa tu ra do a la pre sión del con den sa dor.
La eficiencia térmica del ciclo Rankine se incrementa al elevar
la tem pe ra tu ra pro me dio a la cual se trans fie re ca lor ha cia el
fluido de trabajo y/o al disminuir la temperatura promedio a la
que se re cha za el ca lor ha cia el me dio de en fria mien to. La temperatura
promedio durante el rechazo de calor puede reducirse
disminuyendo la presión de salida de la turbina. Consecuente
men te, la pre sión del con den sa dor de la ma yor par te de las
cen tra les eléc tri cas de va por es tá por de ba jo de la pre sión at mosférica.
La temperatura promedio durante la adición de calor se
incrementa elevando la presión de la caldera o sobrecalentando
el fluido a altas temperaturas. Sin embargo, hay un límite para el
grado de sobrecalentamiento, ya que la temperatura del fluido
no permite exceder un valor metalúrgicamente seguro.
El so bre ca len ta mien to tie ne la ven ta ja adi cio nal de dis minuir
el con te ni do de hu me dad del va por a la sa li da de la turbi
na. Sin em bar go, al dis mi nuir la pre sión de es ca pe o ele var
la pre sión de la cal de ra se au men ta el con te ni do de hu me dad.
Pa ra apro ve char las me jo res efi cien cias a pre sio nes más al tas
de la cal de ra y pre sio nes me no res del con den sa dor, el va por
sue le re ca len tar se des pués de que se ex pan de par cial men te en
la tur bi na de al ta pre sión. Es to se lle va a ca bo ex tra yen do el
va por en la tur bi na de al ta pre sión des pués de la ex pan sión
par cial, en vián do lo de re gre so a la cal de ra don de se re ca lien ta
a pre sión cons tan te y re gre sán do lo a la tur bi na de ba ja pre sión
pa ra com ple tar la ex pan sión has ta la pre sión del con den sador.
La tem pe ra tu ra pro me dio du ran te el pro ce so de re ca lenta
mien to, y en con se cuen cia la efi cien cia tér mi ca del ci clo,
se pue den in cre men tar al au men tar el nú me ro de eta pas de
ex pan sión y de re ca len ta mien to. Cuan do au men ta el nú me ro
de eta pas, los pro ce sos de ex pan sión y re ca len ta mien to se
acer can a un pro ce so iso tér mi co a tem pe ra tu ra má xi ma. El
re ca len ta mien to tam bién dis mi nu ye el con te ni do de hu me dad
a la sa li da de la tur bi na.
Otra manera de aumentar la eficiencia térmica del ciclo Ranki
ne es la regeneración. Du ran te un pro ce so de es te ti po, el agua
lí qui da (agua de ali men ta ción) que sa le de la bom ba se ca lien ta,
me dian te al go de va por ex traí do de la tur bi na a cier ta pre sión
intermedia, en dispositivos llamados calentadores de agua de
alimentación. Los dos flujos se mez clan en ca len ta do res abiertos
de agua de ali men ta ción, mien tras que la mez cla sa le co mo
líquido saturado a la presión del calentador. En calentadores
ce rra dos de agua de ali men ta ción, el ca lor se trans fie re del va por
ha cia el agua de ali men ta ción sin que ha ya mez cla.
La pro duc ción de más de una for ma útil de ener gía (co mo
ca lor de pro ce so y ener gía eléc tri ca) a par tir de la mis ma
fuen te se lla ma co ge ne ra ción. Las plantas de co ge ne ra ción
pro du cen ener gía eléc tri ca al mis mo tiem po que cu bren los
re que ri mien tos de ca lor en cier tos pro ce sos in dus tria les. De
es te mo do, la ma yor par te de la ener gía trans fe ri da al flui do
en la cal de ra se uti li za pa ra un pro pó si to útil. La frac ción de
la ener gía que se uti li za ya sea pa ra ca lor de pro ce so o pa ra
ge ne ra ción de po ten cia se lla ma fac tor de uti li za ción de la
planta de co ge ne ra ción.
La efi cien cia tér mi ca to tal de una cen tral eléc tri ca pue de
in cre men tar se uti li zan do un ci clo com bi na do. El ci clo combi
na do más co mún es el ci clo com bi na do de gas y va por,
en el que un ci clo de tur bi na de gas ope ra en el in ter va lo de
al ta tem pe ra tu ra mien tras que un ci clo de tur bi na de va por
ope ra en el in ter va lo de ba ja tem pe ra tu ra. El va por se ca lien ta
me dian te los ga ses de es ca pe de al ta tem pe ra tu ra que sa len de
la tur bi na de gas. Los ci clos com bi na dos tie nen una efi cien cia
tér mi ca más al ta que la de los ci clos de va por o de tur bi na de
gas cuan do és tos ope ran in di vi dual men te.
RE FE REN CIAS Y LEC TU RAS RE CO MEN DA DAS
1. R. L. Bannister y G. J. Silvestri. “The Evolution of Central
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