UNIDAD II
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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
El vapor es el fluido de trabajo más empleado en los ciclos de potencia de vapor gracias a sus numerosas ventajas, como bajo costo, disponibilidad y alta entalpía de vaporización. Otros fluidos de trabajo incluyen al sodio, el potasio y el mercurio en aplicaciones de alta temperatura. El objetivo principal de una planta de potencia de vapor es producir energía eléctrica.
El ciclo de Carnot no es un modelo adecuado para los ciclos de
potencia de vapor porque no se puede alcanzar en la práctica. El ciclo
modelo para los ciclos de potencia de vapor es el ciclo Rankine.
EL CICLO RANKINE
El ciclo Rankine es el ciclo ideal para las plantas de potencia de vapor. El ciclo ideal Rankine, Figura 2.28, no incluye ninguna irreversibilidad interna y está compuesto por los siguientes cuatro procesos reversibles:
Fig. 2.28 El ciclo ideal Rankine simple.
ANÁLISIS DE ENERGÍA DEL CICLO IDEAL RANKINE
Los componentes del ciclo Rankine (bomba, caldera, turbina y condensador) son dispositivos de flujo estacionario. Los cambios en la energía cinética y potencial del vapor suelen ser pequeños respecto de los términos de trabajo y de transferencia de calor y, por consiguiente, casi siempre se ignoran. Por lo tanto, se aplican las ecuaciones 2.62 y 2.63 que corresponden a la ecuación de conservación de la masa y a la de conservación de la energía para flujo estacionario.
Para la caldera:
Para la turbina:
Para el condensador:
 Para la bomba:  Por ser el proceso en la bomba, adiabático reversible, se puede utilizar la ecuación 2.120, resultando sencilla la integración ya que el volumen específico del fluido en una bomba, se puede considerar constante. Se escoge como volumen específico el volumen del líquido saturado a la entrada de la bomba: 
CICLO DE POTENCIA DE VAPOR REAL
En el ciclo real se consideran las irreversibilidades en diversos componentes. La fricción del fluido y las pérdidas de calor indeseables hacia los alrededores son las dos fuentes más comunes de irreversibilidades.
De particular importancia son las irreversibilidades que suceden
dentro de la bomba y la turbina. Una bomba requiere una entrada de
trabajo mayor, y una turbina produce una salida de trabajo más
pequeña como consecuencia de las irreversibilidades. En condiciones
ideales, el flujo por estos dispositivos es isoentrópico. La desviación
de las bombas y turbinas reales de las isoentrópicas se compensa
exactamente empleando eficiencias adiabáticas, definidas como
Para la bomba  Para la turbina  Donde los estados 1r y 3r son los estados de salida reales de la bomba y la turbina respectivamente, 1i y 3i son los estados correspondientes para el caso isoentrópico. Figura 2.29. 
Fig. 2.29 Efecto de las irreversibilidades en el ciclo ideal Rankine
EFICIENCIA TERMICA DEL CICLO
La eficiencia térmica del ciclo es la eficiencia para una máquina térmica 
INCREMENTO DE LA EFICIENCIA DEL CICLO RANKINE
La eficiencia térmica del ciclo Rankine se incrementa elevando la temperatura promedio a la cual se añade calor al fluido de trabajo y/o disminuyendo la temperatura promedio a la cual se rechaza el calor hacia el medio de enfriamiento, como un lago o un río. La temperatura promedio durante el rechazo de calor se reduce bajando la presión de salida de la turbina. En consecuencia, la presión del condensador esta bastante por debajo de la presión atmosférica es decir corresponde a presión de vacío. La temperatura promedio durante la adición de calor se incrementa elevando la presión de la caldera o sobrecalentando el fluido altas temperaturas. Sin embargo, hay un límite para el grado de sobrecalentamiento, puesto que no se permite que la temperatura del fluido exceda un valor metalúrgicamente seguro.
CICLO IDEAL RANKINE CON RECALENTAMIENTO
El sobrecalentamiento tiene la ventaja adicional de disminuir el
contenido de humedad del vapor a la salida de la turbina. Sin embargo,
al disminuir la presión de escape o elevar la presión de la caldera se
aumenta el contenido de humedad. Para aprovechar las mejores
eficiencias a presiones más altas en la caldera y presiones menores
en el condensador, el vapor suele recalentarse después de que se
expande parcialmente en la turbina de alta presión, como nuestra la
Figura 2.30. Esto se logra recalentando el vapor nuevamente en la
caldera, después de haberse expandido en la turbina de alta presión.
El vapor recalentado sale de la caldera y se expande en la turbina de
baja presión hasta la presión del condensador. El recalentamiento
disminuye el contenido de humedad a la salida de la turbina.
CICLO IDEAL RANKINE CON REGENERACION
Otra manera de aumentar la eficiencia térmica del ciclo Rankine es
por medio de la regeneración. Durante un proceso de este tipo, el
agua líquida (agua de alimentación ) que sale de la bomba se calienta
mediante algo de vapor extraído de la turbina a cierta presión
intermedia en dispositivos denominados calentadores de agua de
alimentación. Figura 2.31. Las dos corrientes se mezclan en
calentadores de agua de alimentación abiertos, y la mezcla sale como
un líquido saturado a la presión del calentador. En calentadores de
agua de alimentación cerrados, el calor se transfiere del vapor al agua
de alimentación sin mezcla. Por tanto, un calentador de agua de
alimentación abierto es, en esencia, una cámara de mezcla, y un
calentador de agua de alimentación cerrado es un intercambiador de
calor. Figura 2.32
Fig. 2.30 El ciclo ideal Rankine con recalentamiento.
Fig. 2.31. El ciclo ideal Rankine regenerativo con un calentador de
agua de alimentación abierto.
Fig. 2.32. El ciclo ideal Rankine regenerativo con un calentador de
agua de alimentación cerrado.
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Ver también: PROBLEMAS RESUELTOS SOBRE
CICLO RANKINE
Ver también: PROBLEMAS RESUELTOS DE LA UNIDAD II
Ver también: PROBLEMAS PROPUESTOS DE LA
UNIDAD II
