INTRODUCCIÓN El ciclo Rankine es un ciclo que opera con vapor, y es el que se utiliza en las centrales termoeléctricas, su propósito es transformar el calor en trabajo utilizando un intercambiador de calor. Es la base del diseño de máquinas de vapor de cualquier tipo. El calor aportado al sistema es proporcionado por una fuente externa, en general representado por una caldera, que normalmente utiliza agua como fluido de trabajo. El ciclo Rankine consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor. Éste será llevado a una turbina donde produce energía cinética a costa de perder presión. Su camino continúa al seguir hacia un condensador donde lo que queda de vapor pasa a estado líquido para poder entrar a una bomba que le subirá la presión para nuevamente poder introducirlo a la caldera. Los diagramas p-V en los que interviene un líquido que se vaporiza tienen una diferencia respecto a los de gas: aparece la llamada campana de cambio de fase (En termodinámica, un cambio de fase o también una transición de fase es una transición entre los estados sólido, líquido y gaseoso de la materia). A la izquierda de la campana tenemos estado líquido, que apenas varía su volumen cuando se calienta o se aumenta su presión. Por eso las líneas isotermas son casi verticales. A la derecha de la campana tenemos vapor, que se comporta como un gas, por lo que las líneas isotermas (Las líneas isotermas son las líneas que unen los dos puntos en los que en un momento dado se registra la misma temperatura con la cual nos permite analizar la distribución de temperatura sobre grandes áreas y se mide en grados centígrados (ºC), son similares a las de los gases ideales. En el interior de la campana, el líquido se está evaporando, y las líneas de temperatura constante son horizontales. Esto es debido a que, dada una presión, el calor que se le aporte al fluido no se emplea en elevar la temperatura, sino en la evaporación. CICLO RANKINE 1. Origen del Ciclo Rankine El ciclo Rankine debe su nombre al ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine. En 1859, un ingeniero escocés, William John Macquorn Rankine, avanzó en el estudio de los motores térmicos al publicar el “Manual del motor de vapor y otros motores principales p”. Rankine desarrolló una teoría completa de la máquina de vapor y, de hecho, de todas las máquinas de calor. Junto con Rudolf Clausius y William Thomson (Lord Kelvin), contribuyó a la termodinámica, centrándose particularmente en la primera de las tres leyes termodinámicas, (Connor, 2019). El ciclo de Rankine lleva su nombre y describe el rendimiento de los sistemas de turbinas de vapor, aunque el principio teórico también se aplica a motores alternativos como las locomotoras de vapor. El ciclo Rankine se desarrolló como una alternativa al ciclo de Carnot, el cual pudiera operar en condiciones similares, eliminando los aspectos imprácticos del ciclo Carnot. El ciclo Ranking se obtiene si el vapor es sobrecalentado en la caldera y condensado por completo en el condensador, (Aguado, 2016). El ciclo de Carnot es un ciclo teórico, que proporciona la máxima eficiencia que puede obtener un motor. El ciclo Rankine es un ciclo práctico, que puede usarse para calcular motores de la vida real. 2. Definición Es un ciclo termodinámico idealizado de un motor térmico de presión constante que convierte parte del calor en trabajo mecánico. En este ciclo, el calor se suministra externamente a un circuito cerrado, que generalmente usa agua (en fase líquida y de vapor) como fluido de trabajo. El fluido de trabajo en el ciclo de Rankine experimenta el cambio de fase de una fase líquida a una de vapor y viceversa. El ciclo describe el proceso mediante el cual, las máquinas térmicas basadas en vapor generan la potencia necesaria en las centrales de generación termoeléctricas, (Connor, 2019). 3. Funcionamiento general del Ciclo Rankine El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor las cuales, p roducen actualmente la mayor parte de la energía eléctrica que se consume en el mundo. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua. Mediante la quemade un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condenso y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo, (Aguado, 2016). (Ilustración 1) 1. ¿Para que se utiliza el ciclo Rankine? El ciclo describe el funcionamiento de máquinas térmicas en centrales térmicas. Las fuentes de calor habituales de estas plantas son los combustibles fósiles, energía solar o combustible nuclear. Aunque un ciclo de Rankine puede funcionar con diversas sustancias, el agua se suele utilizar debido a varias propiedades favorables. Estas plantas utilizan agua como fluido motor, ya sea en forma líquida o en forma de vapor o gas, con el llamado turbina de vapor. Las temperaturas relativamente bajas en el ciclo Rankine hacen que este ciclo se utilice como un ciclo de baja temperatura en centrales térmicas que operan después de un ciclo combinado de vapor y gas, (Planas, 2019).
