2. INCONVENIENTE DEL CICLO RANKINE
SIMPLE Y CON SOBRECALENTAMIENTO
• La figura mostrada nos demuestra
que existe un inconveniente en el
ciclo Rankine simple con
sobrecalentamiento: la temperatura
media de la parte 2->d del proceso
de aporte de calor está muy por
debajo de la temperatura de
saturación y del proceso de
sobrecalentamiento d->3´->3.
Atendiendo a la segunda ley de la
termodinámica, el rendimiento del
ciclo se ve reducido como resultado
de este proceso de aporte de calor a
una temperatura relativamente baja.
Si se aumentara la temperatura
media a la que se realiza este
proceso, la eficiencia del ciclo se
aproximaría mas a la del ciclo de
Carnot.
UN MÉTODO PRACTICO PARA CONSEGUIR ESTO ES UTILIZAR UN PROCESO DE
REGENERACIÓN INTERNO.
3. REGENERACIÓN
• En las centrales eléctricas de vapor el proceso de regeneración se
logra con la extracción de vapor de la turbina en diversos puntos.
Este vapor se utiliza para calentar el agua de alimentación (agua
que sale del condensador) . El dispositivo que realiza este proceso
se llama regenerador o calentador de agua de alimentación.
• El calentador de agua de alimentación es un intercambiador de
calor que transfiere dicho calor, básicamente de dos
maneras, mediante dos tipos de calentadores que estudiaremos a
continuación:
Calentadores de Agua de Alimentación Abiertos
(o de contacto directo)
• El vapor extraído se mezcla con el agua de alimentación
Calentadores de Agua de Alimentación
Cerrados
• No se efectúa dicha mezcla.
Recuerda que en estos dispositivos no hay transferencia de calor ni de trabajo.
4. DISPOSITIVOS UTILIZADOS
PARA LA REGENERACIÓN
• CALENTADOR INTERNO DE AGUA DE ALIMENTACIÓN ABIERTO (CAA
abierto)
Es básicamente una cámara de mezclado en que el vapor extraído de la
turbina se mezcla con el agua de alimentación que sale de la bomba. Como
se observa en la figura, se extrae un poco de vapor en el estado 6 y se
envía al CAA, mientras el vapor restante continúa su proceso de expansión
isentrópica hasta el estado 7. El agua condensada en el proceso 7-> 1 entra
luego a la bomba isentrópica donde se comprime hasta la presión de la
cámara de alimentación y luego se envía a la CAA donde se mezcla con el
vapor extraído en la turbina. Idealmente, la mezcla sale del CAA como
liquido saturado (estado 3) a la presión del calentador y luego se
comprime mediante una bomba hasta alcanzar la presión de la caldera.
5. Análisis teórico de un ciclo ideal
regenerativo con CAA abierto
•
Como en el ciclo ideal se conocen las entalpías de las corrientes que entran y salen del CAA
abierto, esta ecuación permite obtener la fracción de vapor extraído de la turbina. Esta fracción
nos permite conocer que cantidad de vapor se debe extraer para garantizar que la corriente
que abandona el calentador esté como líquido saturado.
6. EFECTO DE LA FRACCIÓN DE VAPOR EN EL
TRABAJO EFECTUADO POR TURBINAS Y
BOMBAS CON CAA ABIERTO
•
7. DISPOSITIVOS UTILIZADOS
PARA LA REGENERACIÓN
• CALENTADOR CERRADO DE AGUA DE ALIMENTACIÓN (CAA cerrado)
Mediante este, se transfiere calor del vapor extraído de la turbina hacia el
agua de alimentación sin que suceda ninguna mezcla. El agua de
alimentación que sale del condensador circula por el interior de los tubos
que pasan por el calentador. Los dos flujos pueden estar a presiones
diferentes, puesto que no se mezclan. En la figura se muestra una
central eléctrica de vapor
con un calentador de agua
de alimentación. En un
calentador cerrado de
agua de alimentación ideal
el agua de alimentación se
calienta hasta la
temperatura de salida del
vapor extraído, que
idealmente sale del
calentador como líquido
saturado a la presión de
extracción (ver los puntos
9 y 3).
8. DISPOSITIVOS UTILIZADOS
PARA LA REGENERACIÓN
• En la figura se presenta un esquema de un CAA cerrado con dos
alternativas para retirar el vapor de agua extraído. En la figura (a) se usa
bomba para devolver el vapor de agua extraído que ha
condensado, directamente a la línea del agua de alimentación que va la
caldera. Como segunda alternativa, en la figura (b) se muestra que el
condensado se recoge en una trampa de vapor (disminuye la presión de
forma isoentálpica) que solo deja pasar líquido, y lo lleva a una zona de
presión más baja del agua de alimentación. Esta zona de menor presión
puede ser el propio condensador o bien, otro calentado de agua de
alimentación.
