Ciclo de Rankine es un ciclo mecánico conocido que se utiliza comúnmente en la plantas de energía para convertir la energía de presión de vapor en energía mecánica usando turbinas de vapor. Los principales componentes de la misma son la turbina de vapor rotativa y caldera la bomba y el condensador y la caldera estacionarios. La caldera se utiliza para calentar el agua para la generación de vapor a la presión y temperatura requeridas según el requerimiento de la turbina para generación de energía. El escape de la turbina se dirige al flujo radial o axial condensador para condensar el vapor para condensar y reciclar de nuevo a la caldera a través de las bombas de la caldera para calentar de nuevo.
La eficiencia de la El ciclo ideal de Rankine como se describe en la sección anterior se acerca a la eficiencia de Ciclo de Carnot. Pero en las plantas reales, cada etapa de la Ciclo de Rankine está asociada con algunos procesos irreversibles y por lo tanto la eficiencia de la El ciclo de Rankine actual es muy inferior a la eficiencia ideal del ciclo de Rankine.
A continuación, la Fig. 1-a y la Fig. 1-b representan el ciclo de Rankine en el diagrama P-v y T-s
| La representación del ciclo de Rankine es la siguiente en los diagramas P-v y T-s: | |
| Ciclo Rankine ideal | 1-2‘-b-3‘-4‘-1 |
| Ciclo de Rankine real | 1-2-b-3-4-1 |
El Punto Crítico (CP) está en el centro de la curva, como se muestra en las figuras 1-a y 1-b anteriores. Las líneas curvas del lado izquierdo del CP son líneas de líquido saturado y la región/área a la izquierda de estas líneas se denominan regiones de líquido subenfriado.
Las líneas curvas similares en el lado derecho de la CP son líneas de vapor saturadas y la región/área a la derecha de estas líneas se denominan regiones de vapor súper caliente.
Análisis energético del ciclo ideal de Rankine
Todos los componentes del ciclo de Rankine (Caldera…turbina, condensador y la bomba) son ejemplos de proceso de flujo constante y deben ser analizados en consecuencia. El balance energético para el ciclo ideal es el siguiente:
| Componentes del ciclo de Rankine ideal | Calor | Trabajo |
| Alimentación de la caldera Bomba WPump-in |  |
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| Caldera | /addpost/images/4-10-15-6.gif |  |
| Turbina | |
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| Condensador |  |
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| La eficiencia térmica del ciclo de Ideal Rankine |  |
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Análisis de energía del ciclo de Rankine real
El ciclo de vapor real difiere del Ciclo de Rankine ideal, como resultado de la irreversibilidad de varios componentes. Dos factores principales de irreversibilidad son la fricción de los fluidos y la pérdida de calor.
Fricción de fluidos
Causa una gran caída de presión en el circuito de la caldera y también en el condensador y el circuito de tuberías de la tubería de baja presión. Debido a la caída de presión por fricción de fluidos en el circuito de la caldera, la presión del vapor dejando el caldera estará a una presión algo menor. También el vapor tiene que ser transportado a turbina de vapor a través de las tuberías de vapor, lo que también explica una mayor caída de presión. Así que el vapor que llega a la válvula de cierre de la turbina estará a una presión inferior a la de la presión de descarga de la caldera y la misma se representa por 3 (Fig-1a) en el Ciclo de Rankine real en lugar de 3 en el Ciclo de Rankine Iideal.
Si no queremos comprometer la salida de la turbina, entonces debemos compensar la pérdida o caída de presión y restaurar la presión de entrada de la turbina al punto 3 de la Fig 1-a, aumentando la presión de la bomba de la caldera lo suficientemente alta como para compensar las pérdidas o caídas y, en el proceso, aumentando el tamaño de la bomba y el requerimiento de potencia de entrada.
La otra razón de la irreversibilidad es la pérdida de calor en el vapor en su transporte y el mal funcionamiento de las trampas de vapor, etc.
Por lo tanto, para compensar estas pérdidas necesitamos generar más vapor y también a mayor presión para la generación de energía nominal deseada de la turbina, como resultado de la reducción de la eficiencia del ciclo.
El balance de energía para el actual Ciclo de Rankine es el siguiente:
| Componentes reales del ciclo de Rankine | Calor | Trabajo |
| Alimentación de la caldera Bomba WPump-in | |
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| Caldera |  |
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| Turbina | |
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| Condensador |  |
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| La eficiencia térmica del ciclo de Ideal Rankine | |
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Mientras se calcula la eficiencia de todo el ciclo, hay que dar la debida importancia a las irreversibilidades de la turbina y la bomba. Para las unidades pequeñas, el trabajo de bombeo suele ser insignificante y puede descuidarse, pero en las unidades más grandes el trabajo de bombeo es apreciable y no puede descuidarse de esa manera.
El ciclo de Rankine real/práctico se basa en la desviación del flujo en la turbina y el requisito de presión en la bomba del isoentrópico y se define de la siguiente manera:
Dónde,
h2a Actual entalpía en la salida de la bomba
h4a La entalpía real en la salida de la turbina
h2s La entalpía isoentrópica ideal en la salida de la bomba
h4s La entalpía isoentrópica ideal en la salida de la turbina
Otros factores de irreversibilidad son:
Otros factores responsables de la irreversibilidad del ciclo real de la energía de vapor son:
- El subenfriamiento del condensado en condensador
- Pérdidas asociadas a los rodamientos
- Fugas de vapor
- El aire del condensador se escapa
