INTRODUCCIN El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinmico en el que se relaciona el consumo de calor con la produccin de trabajo. YElobjetivodelpresentelaboratoriointroduciralestudiantealcomplejomundo del ciclo rankine, as como la instalacin del equipo, el estudio del ciclo rankine,y determinacindelosparmetrosdeoperacincaractersticosdelequipoen funcin de las demandas ambientales (calor, temperatura, refrigeracin, etc.). Tambinlasventajasydesventajasdeusarelciclorankine,diferenciarconel resto de los ciclos y hacer un anlisis profundo. A continuacin se mencionara los objetivos, procedimiento y anlisis del presente laboratorio. OBJETIVO Medir la potencia de la turbina en el ciclo rankine Medir la eficiencia de la turbina Reconocer el equipo EstudiodelcicloRankinerepresentandolastransformacionesdeenerga que tienen lugar en una turbina de vapor. FUNDAMENTO TEORICO Ciclo Rankine El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinmico en el que se relaciona el consumo decalorconlaproduccindetrabajo.Comootrosciclostermodinmicos,la mxima eficiencia termodinmica es dada por el clculo de mxima eficiencia del Ciclo de Carnot. Debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero y fsico escocs William John Macquorn Rankine. ElcicloRankineesunciclodeplantadefuerzaqueoperaconvapor.Estees producidoenunacalderaaaltapresinparaluegoserllevadoaunaturbina dondeproduceenergacintica,dondeperderpresin.Sucaminocontinaal seguir hacia un condensador donde lo que queda de vapor pasa a estado lquido parapoderentraraunabombaquelesubirlapresinparanuevamentepoder ingresarloalacaldera.Existenalgunasmejorasalciclo,comoporejemplo agregarsobrecalentadoresalasalidadelacalderaquepermitanobtenervapor sobrecalentado para que entre a la turbina y aumentar as el rendimiento del ciclo. Diagrama T-s del ciclo Figura 4.3: El diagrama T-S de un ciclo de Rankine con vapor de alta presin sobrecalentado. Existencuatroprocesosdistintoseneldesarrollodelciclo,loscualesvan cambiandoelestadodelfluido.Estosestadosquedandefinidosporlosnmeros del1al4eneldiagramaT-s.Losprocesosquetenemossonlossiguientes (suponiendo ciclo ideal con procesos internamente reversibles): Proceso1-2:Expansinisoentrpicadelfluidodetrabajoenlaturbinadesdela presin de la caldera hasta la presin del condensador. Proceso2-3:Transmisindecalordesdeelfluidodetrabajoalrefrigerantea presin constante en el condensador hasta el estado de lquido saturado. Proceso 3-4: Compresin isoentrpica en la bomba. En l se aumenta la presin delfluidomedianteuncompresorobomba,alqueseleaportaundeterminado trabajo. Proceso4-1:Transmisindecalorhaciaeluidodetrabajoapresinconstante enlacaldera.Enlarealidad,losprocesosnosoninternamente reversibles,pues tenemosdistintasirreversibilidadesyprdidas,loquesereflejaenquelos procesos 1-2 y 3-4 no son isoentrpicos. Variables Potencia trmica de entrada (energa por unidad de tiempo) Flujo de masa (masa por unidad de tiempo) potenciamecnicasuministradaoabsorbida(energaporunidadde tiempo) ecienciatermodinmicadelproceso(potenciaabsorbidaporlaturbina de entrada de calor, adimensional)

Estas son las Entalpas especcas a los puntos indicados en el diagrama T-S Ecuaciones Cada una de las cuatro primeras ecuaciones se obtiene del balance de energa y delbalance de masa para unvolumendecontrol.Laquintaecuacindescribe la eficienciatermodinmicaorendimientotrmicodelcicloysedefinecomola relacin entre la potencia de salida con respecto a la potencia trmica de entrada.

Mejoras del Ciclo Rankine La idea para mejorar un ciclo rankine es aumentar el salto entlpico entre 1 y 2, es decir,eltrabajoentregadoalaturbina.Lasmejorasqueserealizandeforma habitualencentralestrmicas(tantodecarbn,comocicloscombinadoso nucleares) son: 1)Reduccindelapresindelcondensador:Enesteprocedimientose disminuyeautomticamentelatemperaturadelcondensadorotorgandoun mayortrabajoalaturbina,unadisminucindelcalorrechazado.La desventaja es que la humedad del vapor empieza a aumentar ocasionando erosin en los alabes de la turbina. 2)Aumentar la presin de la caldera para una temperatura fija: Al aumentar la presinaumentalatemperaturaalacualseaadecaloraumentandoel rendimiento de la turbina por ende la del ciclo. La desventaja es la humedad excesiva que aparece. 3)Sobrecalentarlatemperaturadeentradadelaturbina:seprocedea recalentarelvaporaaltastemperaturas paraobtenerunmayortrabajo de la turbina, tiene como ventaja que la humedad disminuye. Este aumento de latemperaturaestlimitadoporlasmaterialesasoportaraltas temperaturas. 4)Recalentamientosintermediosdelvapor,escalonandosuexpansin.Esto es,tenervariasetapasdeturbina,llevandoacondicionesde sobrecalentamientomedianterecalentadores(MoistureSteamReheaters en el caso de centrales nucleares) y de economizador. Este escalonamiento delaexpansindalugaraloscuerposdealta,mediaybajapresinde turbina. 5)Realizarextraccionesdevaporenlaturbina,calentandoelaguade alimentacinalacaldera,aumentandosuentalpa.Elnmerode extraccionesnosuelesuperarlas7,yaquenoimplicaraunamejorade rendimiento considerable frente a la complicacin tcnica que conllevan. Ciclo Rankine regenerativo Enestavariacinseintroduceunnuevoelemento alciclo,uncalentadorabierto. Esteelementoconsisteenunintercambiadordecalorporcontactodirectoenel cualsemezclandoscorrientesdeaguaparadarunacorrientedetemperatura intermedia.Delasdoscorrientesqueentranalcalentadorunaprovienedeuna extraccindevapordelaturbinaylaotradelcondensador(sufrelaexpansin total).Comolaspresionesenelcalentadorhandeseriguales,seaadeuna bomba despus del condensador para igualar la presin de la parte del vaporque ha sufrido la expansin completa a la de la extraccin. En esta variacin del ciclo de Rankine, encontramos ventajas respecto al ciclo simple como un aumento del rendimientoyunareduccindelaportedecaloralacaldera.Peroporotrolado tambinencontraremosinconvenientescomounareduccindelapotenciadela turbina y un aumento de la complejidad de la instalacin, ya que aadiremos a la instalacin una bomba ms y un mezclador de fujos. DESARROLLO DE LA PRCTICA 1.Encender correctamente la maquina 2.Poner en funcionamiento el ciclo controlando el gasto de vapor mediante la vlvula y las revoluciones de la turbina. 3. Verificarquelostermmetrosestnfuncionandocorrectamenteenla entrada y en la salida de la turbina. 4. Aplicarlapresinqueseejerceyregulndolo,enestemomentosedebe medir el amperaje registrado. 5.Tomar los datos respectivos. CLCULOS, TABLAS Y ANLISIS Tabla N1 PresinAmperajeVoltaje 200 kPa2.20 A5.0 V 300 kPa1.90 A5.5 V 400 kPa1.80 A6.0 V 500 kPa1.75 A6.3 V 600 KPa1.55 A6.5 V Calcularemos la potencia de la turbina: -Para P= 200KPa; A = 2.2 A y V = 5.0 V

-Para P= 300KPa; A = 1.9 Ay V = 5.5 V

-Para P= 400KPa; A = 1.8 V y V = 6.0 V

-Para P= 500KPa; A = 1.75 V y V = 6.3 V

-Para P= 600KPa; A = 1.55 V y V = 6.5 V

Ahora su grafica respectiva de V vs A Grafica N1 Presin vs potencia Grafica N2 Ahora calcularemos la eficiencia Tabla N2 PresinTemperatura 800.00kPa170.41C = 443.41 K 94.608kPa95.00C = 368.00 K

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones La eficiencia de la turbina es muy baja, y esto se puede deber a muchos factores como la toma de datos, mala manipulacin de la mquina, etc.; adems compara con la eficiencia con el ciclo Carnot, queda ineficiente. La potencia pretende quedarse constante con respecto avance la presin, esto se va a deber que el amperaje y el voltaje se va a guardar una proporcional. Resaltar que si el en el ciclo rankine se usa un recalentamiento tendr una mejor eficiencia, ya que a una mayor temperatura eliminara algunos desperfecto que se obtiene en el vapor de agua, es decir se volvera totalmente gas. Recomendaciones Estabilizarcorrectamentelapresin,parapodermedirbienlapresiny temperatura Mantener potencia jugando con el amperaje o voltaje. ANEXOS A continuacin imgenes del equipo: