8.5 Rankine Ciclos de Potencia

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Figura 8.11:Ciclo de potencia de Rankine con fluido de trabajo de dos fases

Un esquema de los componentes de un Rankine el ciclo se muestra en la figura 8.11. El ciclo se muestra en la etiqueta , y coordenadas en la Figura 8.12.Los procesos en el ciclo de Rankine son los siguientes:

$d d \rightarrow e$ : Líquido frío a temperatura inicial es presurizado reversiblemente a una alta presión por una bomba. En este proceso, el volumen cambia ligeramente.
$$ e \rightarrow a$ : Calentamiento reversible a presión constante en una caldera a temperatura.
$a \rightarrow b$ : Calor añadido a temperatura constante (constantpressure), con la transición de líquido a vapor.
$b b \rightarrow c$ : Es una expansión geométrica a través de una turbina. La calidad disminuye de unity atpoint a .
$$ c \rightarrow d$ : Atemperatura condensada de mezcla líquido-vapor extrayendo calor.

Figura 8.12: Diagrama de ciclo de Rankine.Las estaciones corresponden a las de la Figura 8.11

En el ciclo de Rankine, la temperatura media a la que se suministra calor es inferior a la temperatura máxima, , de modo que la eficiencia es inferior a la de un ciclo de Carnot que trabaja entre las mismas temperaturas máxima y mínima. La absorción de calor tiene lugar a presión constante sobre , pero solo la parte es isotérmica.El calor rechazado ocurre sobre ; esto es a temperatura y presión constantes.

Para examinar la eficiencia del ciclo de Rankine, definimos una temperatura efectiva media, , en términos de las diferencias de calor intercambiado y de la entropía:

$\displaystyle q_H$	$\displaystyle = T_{m2} \Delta s_2$
$\displaystyle q_L$	$\displaystyle = T_{m1}\Delta s_1.$

The thermal efficiency of the cycle is

$\displaystyle \eta_\textrm{thermal} = \frac{T_{m2} (s_b - s_e)- T_{m1} (s_c- s_d)}{T_{m2} (s_b - s_e)}.$

Los procesos de compresión y expansión son isentrópica, así theentropy diferencias están relacionadas por

$\displaystyle s_b -s_e =s_c -s_d.$

La eficiencia térmica puede ser escrito en términos de la media effectivetemperatures como

$\displaystyle \eta_\textrm{térmica} =1 - \frac{T_{m1}}{T_{m2}}.$

Para el ciclo de Rankine, $T_{m1} \approx T_1$ $T_{m2} T_2$ . A partir de esta ecuación vemos no solo la razón por la que la eficiencia del ciclo es menor que la de un ciclo de Carnot, sino la dirección para moverse en el diseño del ciclo (increased $T T_{m2}$ ) si deseamos aumentar la eficiencia.

Hay varias características que deben tenerse en cuenta aboutFigure 8.12 y el ciclo de Rankine en general:

y el diagramas no son similares en forma, como theywere con el gas perfecto con constantes los calores específicos. La pendiente de una línea de adición de calor reversible a presión constante es, como se deriva en el capítulo 6,
$\ \ displaystyle \left (\frac{\partial h}{\partial s}\right)_P = T.$$

En la región de dos fases, la presión constante significa también temperatura constante, por lo que la pendiente de la línea de adición de calor a presión constante es constante y la línea es recta.
El efecto ofirreversibilities está representada por la línea discontinua de a. Irreversible comportamiento durante la expansión de los resultados en un valueof entropía $s_{c}$'}$ en el estado final de la etiqueta expansión que ishigher de . Por lo tanto, la entalpía al final de la expansión (salida de la urbina) es mayor para el proceso irreversible que para el proceso reversible, y, como se observa en el ciclo de Brayton, el trabajo de la urbina es menor en el caso irreversible.
El ciclo Rankine es menos eficiente que el ciclo Carnot para temperaturas máximas y mínimas dadas, pero, como se dijo anteriormente, es más efectivo como un dispositivo práctico de producción de energía.