Ciclo de Rankine

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.

O Ciclo Rankine é un ciclo termodinámico. Serve de modelo para a obtención de traballo nunha turbina de vapor. Debe o seu nome ó matemático escocés William John Macquorn Rankine.

Procesos dun ciclo Rankine[editar | editar a fonte]

O diagrama T-S dun ciclo Rankine, exhibindo un proceso real e ideal.

Existen catro procesos[1] nun ciclo Rankine, cada un alterando as propiedades do fluído de traballo. Estas propiedades son identificadas polos números no diagrama da dereita.

  • Proceso 4-1: Pprimeiro, o fluído é bombeado (idealmente de forma isoentrópica) dunha presión baixa a unha presión alta utilizándose unha bomba. O bombeamento requere subministración de enerxía.
  • Proceso 1-2: o fluído presurizado entra nunha caldeira, onde é quentado a presión constante até se tornar vapor sobrequentado. Fontes comúns de calor inclúen carbón, gas natural e enerxía nuclear.
  • Proceso 2-3: o vapor sobrequentado expándese a través dunha turbina para xerar traballo. Idealmente, esta expansión é isoentrópica. Con esta expansión, tanto a presión como a temperatura se reducen.
  • Proceso 3-4: o vapor entra nun condensador, onde é arrefriado até a condición de líquido saturado. Este líquido retorna á bomba e o ciclo repítese.

Descrición[editar | editar a fonte]

O ciclo Rankine describe a operación de turbinas a vapor comunmente encontradas en centrais térmicas.

O fluído de traballo nun ciclo Rankine segue un ciclo fechado, e é constantemente reutilizado. O vapor que se desprende en estacións de enerxía vén do sistema de arrefriamento do condensador, e non do fluído de traballo.

Ciclo Rankine

Ecuacións[editar | editar a fonte]

Cada unha das ecuacións seguintes poden ser obtidas facilmente a partir do balance de masa e enerxía do volume de control[2]. A quinta ecuación define a eficiencia termodinámica do ciclo como sendo a razón entre o traballo obtido do sistema e a calor fornecida ao sistema.

Variábeis[editar | editar a fonte]

taxa de entrada de calor (enerxía por unidade de tempo)
fluxo másico (masa por unidade de tempo)
traballo mecánico usado ou proveniente do sistema (enerxía por unidade de tempo)
eficiencia termodinámica do proceso (adimensional)
estes son os valores de entalpía específica especificados no diagrama T-s

Ciclo Rankine real (non ideal)[editar | editar a fonte]

Nun ciclo Rankine real, a compresión pola bomba e a expansión na turbina non son isoentrópicas[2]. Noutras palabras, estes procesos non son reversíbeis, e a entropía aumenta durante os procesos (indicados na figura como ΔS). Isto fai que a enerxía requirida pola bomba sexa maior, e que o traballo producido pola turbina sexa menor do producido nun estado de idealidade.

Variacións do ciclo Rankine[editar | editar a fonte]

Dúas variacións básicas do ciclo Rankine son utilizados actualmente.

Ciclo Rankine con requentamento[editar | editar a fonte]

O ciclo Rankine con requentamento opera utilizando dúas turbinas en serie. A primeira turbina recibe o vapor da caldeira a alta presión, liberándoo de tal maneira que evita a súa condensación. Este vapor é entón requentado, utilizando a calor da propia caldeira, e é utilizado para accionar unha segunda turbina de baixa presión. Entre outras vantaxes, isto impide a condensación do vapor no interior das turbinas durante a súa expansión, o que podería danar seriamente as pas da turbina[2].

Ciclo Rankine con requentamento

Ciclo Rankine rexenerativo[editar | editar a fonte]

O ciclo Rankine rexenerativo é nomeado desta forma debido a que o fluído é requentado após saír do condensador, aproveitando parte da calor contida no fluído liberado pola turbina de alta presión. Isto aumenta a temperatura media do fluído en circulación, o que aumenta a eficiencia termodinámica do ciclo.

Ciclo Rankine rexenerativo

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Moran & Shapiro: 'Fundamentals of Engineering Thermodynamics' (ISBN 0471274712)
  2. 2,0 2,1 2,2 Van Wylen 'Fundamentos da Termodinámica' (ISBN 8521203276)