Si estás buscando información sobre el ciclo de Rankine, como por ejemplo qué es, cuáles son sus etapas, ejemplos y ejercicios, a continuación podrás hallar un contenido detallado acerca del mismo.
¿Qué es el ciclo Rankine?
El ciclo Rankine es una serie de procesos termodinámicos que tienen como finalidad convertir el calor en trabajo, formando a su vez parte del conocido “ciclo de potencia”.
El mismo fue desarrollado por William John Macquorn Rankine, un ingeniero y físico de origen escocés. Rankine buscaba a través de este ciclo mejorar el ciclo de Carnot para tener una relación de trabajo más optimizada.
Se caracteriza por ser utilizado en las centrales termoeléctricas y de forma resumida, hace uso del vapor obtenido por el calentamiento del agua para elevar la presión y dirigirse a una turbina que se encarga de producir energía cinética.
Cabe acotar que con el objetivo de mejorar la eficiencia, es posible encontrar el ciclo con recalentamiento y sobrecalentamiento. Sin embargo, hablaremos de ambos más adelante, una vez explicadas las fases del ciclo ideal básico.
¿Cuáles son las etapas del ciclo Rankine?
El ciclo de Rankine está constituido por cuatro fases o procesos, los cual se representan en un diagrama de temperatura vs entropía (T-S), tal y como se puede apreciar en la imagen superior.
Los procesos del ciclo son vapor sobrecalentado (1), vapor húmedo (2), líquido saturado (3) y líquido subenfriado (4). Dos de ellos son procesos isobáricos y los otros dos isoentrópicos.
-
Proceso 1-2: esta primera fase consiste en aumentar la presión del vapor sin pérdida de calor (expansión isoentrópica) a través de una máquina térmica (turbina de vapor), logrando generar potencia en su eje.
-
Proceso 2-3: luego se aplica calor hacia el fluido de trabajo (vapor) a presión constante, el cual pasa por un condensador para convertirse en líquido nuevamente. Idealmente el ciclo no debería tener pérdidas de carga.
-
Proceso 3-4:para esta etapa se realiza una compresión isoentrópica del líquido a través de una bomba, la cual hace uso de cierta cantidad de potencia; luego se aumenta la presión del fluido hasta que cuente con la misma presión que la caldera. Este proceso es una de las diferencias con el ciclo de Carnot.
-
Proceso 4-1: finalmente se aporta calor hacia el fluido a presión constante en la caldera. Se obtiene vapor sobrecalentado a alta presión que se utiliza por la turbina para generar la potencia del ciclo y que así se pueda reiniciar nuevamente.
Cabe destacar que las fases del ciclo Rankine son procesos reversibles internamente.
¿Cómo mejorar la eficiencia del ciclo?
El rendimiento del ciclo cuenta con el mismo valor que el ciclo de Carnot. Sin embargo, en la práctica nunca se alcanzan los valores descritos teóricamente. Por ello, se utiliza una serie de procesos que ayudan a aprovechar el combustible eficientemente.
El ciclo de Rankine se puede mejorar a través del recalentamiento, sobrecalentamiento, reducción y aumento de la presión. Las cuatro posibles mejoras consisten en los siguiente:
-
Si se sobrecalienta la temperatura de entrada en la turbina, se obtiene un mayor trabajo de la misma pero también se consigue disminuir la humedad.
-
El ciclo rankine regenerativo consiste en recalentar el vapor en así escalonar su expansión; logrando obtener cuerpos de alta, media y baja presión de turbina.
-
Al reducir la presión del condensador se obtiene como resultado una disminución del calor rechazado. Si embargo, esta mejora aumenta la humedad del vapor.
-
Finalmente, si se aumenta la presión de la caldera también se aumenta la temperatura, lo que incrementa el rendimiento del ciclo pero aparece una excesiva cantidad de humedad.
Importancia del ciclo Rankine
El ciclo Rankine es de vital importancia debido a que se utiliza en las centrales térmicas, las cuales producen la mayor parte de energía eléctrica que utilizan los seres humanos alrededor del mundo.
El ciclo de Carnot contaba con un conjunto de problemas que dificultaban su aplicación, hasta que Rankine logró optimizar el trabajo empleado con relación a los resultados recibidos eliminando los factores imprácticos del ciclo mencionado.
Ejercicios resueltos
Para aquellas personas que buscan ciclo Rankine ejercicios resueltos, hemos añadido un vídeo de youtube con un ejercicio para poder entender mejor su funcionamiento.
Además, también es posible visualizar más ejercicios mediante este archivo del ciclo Rankine PDF de la Universidad Nacional Experimental de Venezuela.
