¡Descarga Tema 5 : Centrales Termoeléctricas de Vapor y más Apuntes en PDF de Ingeniería Química solo en Docsity!
TEMA 5. CENTRALESTEMA 5. CENTRALES
TERMOELÉCTRICAS DE VAPORTERMOELÉCTRICAS DE VAPOR
Ciclo de Rankine. Estrategias para aumentar la eficiencia:
TEMA 5. CENTRALESTEMA 5. CENTRALESregeneración y sobrecalentamiento.
TERMOELÉCTRICAS DE VAPORTERMOELÉCTRICAS DE VAPOR
Ciclo de Rankine. Estrategias para aumentar la eficiencia:
regeneración y sobrecalentamiento.
Grado en Ingeniería QuímicaGrado en Ingeniería Química
Grado en Ingeniería QuímicaGrado en Ingeniería Química
INGENIERÍA ENERGÉTICAINGENIERÍA ENERGÉTICAINGENIERÍA ENERGÉTICAINGENIERÍA ENERGÉTICA
5.1. COMPONENTES BÁSICOS DE UNA CENTRAL TÉRMICADE VAPOR
5.1. COMPONENTES BÁSICOS DE UNA CENTRAL TÉRMICADE VAPOR
Subsistema A (Ciclo Rankine)
Subsistema D.
El vapor producido en la caldera pasa a través de una turbina donde se expande hasta una presión más baja.
El
eje
de
la
turbina
se
conecta
a un
generador
eléctrico
El
eje
de
la
turbina
se
conecta
a un
generador
eléctrico
Subsistema C.
El vapor que sale de la turbina pasa al condensador, donde se condensa en el exterior de tubos por los que circula agua fría.
El agua caliente se envía a la torre de refrigeración, donde la energía captada en el condensador se cede a la atmósfera.
El agua de refrigeración se envía de nuevo al condensador.
CÁLCULO DE LAS PRINCIPALES TRANSFERENCIAS DE CALOR YTRABAJO
5.2. EL CICLO RANKINE
Turbina (1-2):
^
=^
2 1
(^22)
(^21)
2 1
z z g C C h h m W Q
t
vc^
t^
h
h
W^ m
&^ &
PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO
El
rendimiento térmico
indica la cantidad de energía recibida
por el fluido de trabajo en la caldera que se convierte en trabajoneto producido.
5.2. EL CICLO RANKINE
h
h(
h
h(
h
h(
m
Q
m
W
m
W
e
b
t
η^
El trabajo neto producido es igual al calor neto intercambiado:
h
h(
m
Q
e^
η^
h
h(
h
h(
m
Q
m
Q
m
Q
m
Q
m
Q
s e
e
s
e
PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO
Consumo específico de combustible:
es la cantidad de energía
que, como flujo de calor absorbido, medido en kJ o kcal, necesita elciclo para producir una unidad de trabajo, medido en kW·h.(Valor inverso del rendimiento)
Relación
de
trabajos
(rw
relación
entre
el
trabajo
consumido
5.2. EL CICLO RANKINE
Relación
de
trabajos
(rw
relación
entre
el
trabajo
consumido
por la bomba y el trabajo desarrollado por la turbina.
b t
h
h
h
h
m
W
m
W
rw
=^
Serie de procesos internamente reversibles: Proceso 1-2:
Expansión isoentrópica del fluido de trabajo através de la turbina desde vapor saturado en elestado 1 hasta la presión del condensador.
Proceso 2-3:
Transferencia de calor desde el fluido de trabajo cuando
fluye
a presión
constante
por
el
5.3. EL CICLO RANKINE IDEAL
cuando
fluye
a presión
constante
por
el
condensador, siendo líquido saturado en el estado 3.
Proceso 3-4:
Compresión isoentrópica en la bomba hasta el estado4 dentro de la zona de líquido
Proceso 4-1:
Transferencia de calor hacia el fluido de trabajocuando circula a presión constante a través de lacaldera, completándose el ciclo.
5.3. EL CICLO RANKINE IDEAL
•^
Como se supone que la bomba opera sin irreversibilidades: El volumen específico del líquido varía normalmente muy poco entre la
entrada
y
salida
de
la
bomba,
v
cte
∫
^
intrev b^
dp
v
&W^ &m
la
entrada
y
salida
de
la
bomba,
v
cte
p
p(
v
W^ m
intrev b^
&^ &
EFECTO DE LAS PRESIONES DE CALDERA Y CONDENSADOR
Ya
que
el
ciclo
Rankine
ideal
tiene
todos
sus
procesos
internamente reversibles, puede obtenerse una expresión para elrendimiento térmico en términos de la
temperatura media
a la que
ocurren los procesos de interacción térmica.
El área total 1-b-c-4-a-1 : el calor absorbido por unidad de masa que pasa a través de la caldera
El área 2-b-c-3-2: cantidad de calor cedida por unidad de masa a su paso por el condensador
∫^
^
e
intrev e^
s
s(
T
Tds
&Q^ &m
s
s(
T
s
s(
T
Tds
Q^ m
s
s
intrev s^
∫
EFECTO DE LAS PRESIONES DE CALDERA Y CONDENSADOR
El rendimiento térmico del ciclo Rankine ideal:
s e
rev int
e
rev int
s
ideal
T T
m/
Q(
m/
Q(
η^
5.5. COMPARACIÓN CON EL CICLO DE CARNOT
El ciclo Rankine ideal 1-2-3-4-4’-1 tiene un rendimiento térmico menor que el ciclo de Carnot 1-2-3’-4’-1 con las mismas temperaturasmáxima T
C^ y mínima T
F, ya que la temperatura media entre 4 y 4’ es
menor que T
C.
El ciclo de Carnot tiene limitaciones
limitaciones
Los productos de combustión no puedenenfriarse a T < T
C.
Las bombas que operan con mezclas líquido-vaportienen problemas prácticosimportantes. Es preferiblecondensar el vaporcompletamente.
5.6. PRINCIPALES IRREVERSIBILIDADES Y PÉRDIDAS
5.6. PRINCIPALES IRREVERSIBILIDADES Y PÉRDIDAS
Las irreversibilidades de turbina y bomba son
irreversibilidades
internas
OTRAS IRREVERSIBILIDADES (EXTERNAS)
Combustión del combustible y la transferencia de calor desde los productos de combustión calientes al fluido de trabajo del ciclo.2.^
La utilidad del agua de refrigeración del condensador
Pérdidas de calor a través de las superficies de los equipos de planta4.^
Efectos de rozamiento que provocan caídas de presión en el fluido de trabajo.5.^
La temperatura del fluido de trabajo que sale del condensador es más baja que la temperatura de condensación correspondiente a lapresión del condensador (ver Figura). Por tanto, se requerirá unamayor cantidad de calor en la caldera para llevar el agua hasta vaporsaturado.
5.6. PRINCIPALES IRREVERSIBILIDADES Y PÉRDIDAS
EJEMPLO 2.
Reconsidere el ciclo de potencia del ejemplo 1 pero
incluyendo
en
el análisis
que
la
turbina
y
la
bomba
tienen un
rendimiento isoentrópico del 85%. Determínese:
a)
el rendimiento
térmico,
(b)
el flujo másico de vapor, en kg/h, para una potencia neta
de salida de 100 MW
(c)
el flujo de calor absorbido, Q
e, por el fluido
de trabajo a su paso por la caldera, en MW,
(d)
el flujo de calor cedido,
Qs
, por el fluido de trabajo en el condensador, en MW,
(e)
el flujo
másico
de
agua
de
refrigeración
en
el
condensador,
en
kg/h,
si
el
agua
másico
de
agua
de
refrigeración
en
el
condensador,
en
kg/h,
si
el
agua
entra en el condensador a 15 ºC y sale a 35 ºC.Discútanse los efectos en el ciclo de vapor de las irreversibilidades enla turbina y la bomba.
