Ciclo Rankine

El ciclo Rankine es un ciclo termodinámico que se utiliza en las centrales eléctricas de vapor. Consta de los siguientes procesos:

• Calentamiento a presión constante (A-C)
• Expansión isoentrópica (C-D)
• Enfriamiento isobárico (D-E)
• Compresión isoentrópica (E-A)

El fluido termodinámico utilizado en las centrales de vapor es el vapor de agua.

Mejoras del ciclo Rankine

• Disminuir la presión del condensador
• Aumentar la presión de la caldera
• Emplear vapor sobrecalentado
• Emplear recalentador intermedio
• Precalentar el agua de alimentación
• Emplear ciclos binarios

Ciclo Rankine con sobrecalentamiento

El ciclo Rankine con sobrecalentamiento consiste en aumentar la temperatura máxima del vapor, ya sea aumentando la presión o sobrecalentando el vapor saturado. Esto disminuye el contenido de humedad del vapor de agua en el punto E respecto al ciclo sin sobrecalentamiento.

Ciclo Rankine con recalentamiento intermedio

El ciclo Rankine con recalentamiento intermedio consiste en recalentar el vapor en uno de los estados intermedios. Esto permite aumentar la presión de entrada sin aumentar la humedad ni la temperatura límite.

Ciclo Rankine con precalentamiento regenerativo del agua de alimentación

El ciclo Rankine con precalentamiento regenerativo del agua de alimentación consiste en precalentar el agua que se introduce en la caldera mediante el calor extraído del vapor de la turbina. Esto mejora el rendimiento del ciclo.

Centrales con turbina de gas

Las centrales con turbina de gas tienen la ventaja de que prácticamente no contaminan y se utilizan como centrales de punta o de reserva. Sus potencias rondan los 10 a 40 [MW].

Ciclo de Brayton

Las turbinas de gas funcionan siguiendo un ciclo de Brayton, que consta de los siguientes procesos:

• Compresión adiabática-isoentrópica (1-2)
• Combustión o adición de calor isobárica (2-3)
• Expansión adiabática-isoentrópica (3-4)
• Expulsión de los gases y cesión de calor isobárica (4-1)

La diferencia esencial del ciclo de Brayton con el ciclo de Rankine es que en el primero el fluido de trabajo es un gas, mientras que en el segundo es un vapor que se condensa y evapora en el ciclo.

Centrales térmicas con ciclo combinado gas-vapor

Las centrales térmicas con ciclo combinado gas-vapor combinan el funcionamiento de una turbina de gas y una turbina de vapor para mejorar el rendimiento global del ciclo.

Las ventajas del ciclo combinado respecto al sistema a base solo de vapor son:

• Notable reducción del costo, del volumen y del peso
• Mayor rendimiento global del ciclo (cercano al 45%)
• Ahorro de los ventiladores de alimentación del aire de la caldera y del tiro
• Arranque mucho más rápido

Centrales nucleares

Las centrales nucleares son centrales térmicas en las que la caldera ha sido sustituida por un reactor nuclear. El reactor libera el calor necesario para calentar el agua y transformarla en el vapor que moverá las turbinas de un generador.

Elementos de un reactor nuclear

• Combustible
• Moderador
• Refrigerante
• Reflector
• Blindaje

Tipos de reactores nucleares

• Reactor de agua a presión (PWR)
• Reactor de agua en ebullición (BWR)
• Reactor GCR
• Reactor de agua pesada (HWR)