EL CICLO RANKINE

El ciclo que sigue el ciclo de vapor en las centrales de ciclo combinado corresponde al llamado Ciclo de Rankine y es la aplicacin tecnolgica del ciclo de Carnot para el caso de que el fluido motor sea un fluido condensable y durante su evolucin se produzcan cambios de fase. De forma simplificada, y para el ciclo bsico, la evolucin del fluido sigue las siguientes etapas: Una etapa de expansin del fluido en fase vapor, realizada en una mquina trmica denominada turbina de vapor y lo ms isentrpica posible. A la salida de la turbina de vapor, una cesin de calor residual del vapor a presin constante en un dispositivo llamado condensador. En este dispositivo se realiza la condensacin total del mismo y su paso a fase lquida. Una o varias etapas de elevacin de la presin del fluido. El proceso se realiza con el fluido en fase lquida, con bombas y fuera de la zona de cambio de fase. sta es una de las principales diferencias con el ciclo de Carnot ya que, en sentido estricto, para obtener la mxima eficiencia sera necesario realizar la compresin de un fluido bifsico, con la dificultad tecnolgica que ello conlleva. Una etapa de aportacin de calor a presin constante, que en los ciclos combinados se hace en la caldera de recuperacin de calor por los gases de escape de la turbina de gas. El fluido realiza una etapa de calentamiento previo en fase lquida, un proceso de cambio de fase y una elevacin posterior de la temperatura del vapor en lo que se denomina sobrecalentador, motivada por la necesidad de disminuir la humedad en el vapor en las ltimas etapas de expansin de la turbina. Esto ltimo constituye la segunda particularidad del ciclo de Ranking y otra diferencia fundamental con el ciclo de Carnot.

Figura 1. Ciclo bsico de una turbina de vaporEl fluido motor empleado suele ser agua desmineralizada, fundamentalmente por su facilidad de manejo, reposicin y abundancia, aunque conceptualmente no es el nico y podran emplearse otros fluidos tales como mercurio o fluidos orgnicos.ELEMENTOS CONSTITUYENTES DEL CICLO AGUA-VAPOR

A continuacin se detalla el recorrido del agua-vapor una vez sale de la turbina de vapor hasta que vuelve a entrar a la caldera de recuperacin de calor, detallando por los elemento donde circula y lo que realiza en ellos. Los pasos que sigue el fluido en esta parte son los siguientes, podemos guiarnos por la figura 2:

Figura 2. Esquema del funcionamiento del Ciclo Agua-Vapor Condensador (9): Es un intercambiador de calor formado por multitud de tubos, a travs de los cuales circula el fluido refrigerante normalmente agua, su funcin es condensar el vapor que sale de la turbina de vapor, tambin se aprovecha en este punto para eliminar gases incondesables y nocivos ya que algunos son muy corrosivos como el oxgeno, se eliminan por mtodos fsico o qumicos como la hidracina. Los tubos del condensador deben estar especialmente preparados ya que van a trabajar en unas condiciones muy duras, donde se producirn depsitos que podran atascarlos o reducir sus propiedades para el intercambio trmico, tambin estn expuestos a agentes biolgicos. Los tubos deben estar firmemente fijados para poder resistir las vibraciones provocadas por las vibraciones que provocan las altas velocidades del vapor al entrar en el intercambiador. Bombas de condensado (13): son las encargadas de enviar el agua condensada en el condensador al depsito de agua de alimentacin. Tanque de alimentacin y Desgasificador (11): Es el depsito donde almacenamos el agua de alimentacin que ira a la caldera para convertirse en vapor y despus ser conducido a la turbina de gas. El tanque tambin puede llevar acoplado un desgasificador ya que aprovechamos para eliminar los restos de oxgeno que no hemos podido quitar en el condensador, para eliminar el oxgeno calentamos el agua que hay en el depsito por medio de vapor que ha sido extrado de la turbina de vapor. Bombas de alimentacin (12): son las encargadas de enviar el agua desde el tanque de alimentacin al economizador, para que as vuelva a empezar el ciclo.Normalmente en los ciclos combinados hay tres etapas de expansin en el lado de la turbina de vapor, estn son de alta, media y baja presin, a continuacin se pueden ver en la figura 3.

Figura 3. Ejemplo tpico de un ciclo combinadoEn este sistema hay 3 turbinas de vapor para cada uno de los niveles de presin y 3 calderines, con sus correspondientes sistemas de bombeo y calentamiento, existiendo un solo tanque de alimentacin desgasificador donde van a parar todos los condensados de las turbinas.