{"id":622,"date":"2021-12-22T20:24:32","date_gmt":"2021-12-22T20:24:32","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/?p=622"},"modified":"2022-02-08T18:53:06","modified_gmt":"2022-02-08T18:53:06","slug":"clase-digital-9-ciclos-termodinamicos-para-centrales-termoelectricas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/clase-digital-9-ciclos-termodinamicos-para-centrales-termoelectricas\/","title":{"rendered":"Clase digital 9. Ciclos termodin\u00e1micos para centrales termoel\u00e9ctricas"},"content":{"rendered":"\n\n\n<div class=\"wp-block-cover is-light\" style=\"min-height:284px;aspect-ratio:unset;\"><span aria-hidden=\"true\" class=\"has-background-dim-40 wp-block-cover__gradient-background has-background-dim\"><\/span><img decoding=\"async\" class=\"wp-block-cover__image-background wp-image-624\" alt=\"\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/pexels-pixabay-459728.jpg\" style=\"object-position:75% 68%\" data-object-fit=\"cover\" data-object-position=\"75% 68%\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"2048\" height=\"1365\" class=\"wp-block-cover__image-background wp-image-624\" alt=\"\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/pexels-pixabay-459728.jpg\" style=\"object-position:75% 68%\" data-object-fit=\"cover\" data-object-position=\"75% 68%\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/pexels-pixabay-459728.jpg 2048w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/pexels-pixabay-459728-300x200.jpg 300w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/pexels-pixabay-459728-1024x683.jpg 1024w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/pexels-pixabay-459728-768x512.jpg 768w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/pexels-pixabay-459728-1536x1024.jpg 1536w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/pexels-pixabay-459728-272x182.jpg 272w\" sizes=\"auto, (max-width: 2048px) 100vw, 2048px\" \/><\/noscript><div class=\"wp-block-cover__inner-container is-layout-flow wp-block-cover-is-layout-flow\">\n<p class=\"has-text-align-center has-base-3-color has-text-color has-large-font-size wp-block-paragraph\">Ciclos termodin\u00e1micos para centrales termoel\u00e9ctricas<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"introduccion\">Introducci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">\u00a1Hola!<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Es todo un privilegio contar con tu asistencia en esta nueva sesi\u00f3n, es muy seguro que la vas a disfrutar y aprender\u00e1s mucho, es por ello que te invito a la clase nueve denominada Ciclos termodin\u00e1micos para centrales termoel\u00e9ctricas.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En esta clase veremos la selecci\u00f3n del generador el\u00e9ctrico de una central generadora de energ\u00eda el\u00e9ctrica.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">El objetivo es proporcionarte las t\u00e9cnicas y herramientas para resolver problemas en el \u00e1mbito del dise\u00f1o de redes el\u00e9ctricas.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En esta clase digital se ver\u00e1n los conceptos de los ciclos termodin\u00e1micos para centrales termoel\u00e9ctricas de una central generdora de energ\u00eda ele\u0301ctrica, la cu\u00e1l es una instalacio\u0301n empleada en la generacio\u0301n de energi\u0301a ele\u0301ctrica a partir de la energi\u0301a liberada por combustibles fo\u0301siles como petro\u0301leo, gas natural , carbo\u0301n y nu\u0301cleos de uranio. Este calor es empleado por un ciclo termodina\u0301mico convencional para mover un alternador y producir energi\u0301a ele\u0301ctrica a trave\u0301s de una serie de procesos termodina\u0301micos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regresa a su estado inicial.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Por lo anterior te invito a que durante el desarrollo de la presente clase tengas un pensamiento cr\u00edtico y reflexivo en cada uno de los temas que veremos, de la misma manera est\u00e1n programadas varias actividades que se llevar\u00e1n a cabo a lo largo de nuestro curso.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Sin m\u00e1s por el momento comencemos esta clase y mis mejores deseos para poder completar con \u00e9xito nuestro temario.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"desarrollo-del-tema\">Desarrollo del tema<\/h2>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"ciclos-termodinamicos\">Ciclos termodina\u0301micos<\/h3>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En el campo de los sistemas energe\u0301ticos es importante establecer o predecir el comportamiento de las centrales generadoras de potencia. Sin embargo, establecer el comportamiento de estos sistemas es complicado por todas las variantes que intervienen en el proceso de generacio\u0301n de potencia. Por tal motivo, se utilizan herramientas computacionales que permitan hacer el ca\u0301lculo de los estados termodina\u0301micos con mayor rapidez y precisio\u0301n, que sirva como base para el ana\u0301lisis energe\u0301tico de las centrales termoele\u0301ctricas, es decir, obtener el trabajo motor y la eficiencia con la que opera el ciclo te\u0301rmico.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En Me\u0301xico, la mayori\u0301a de las centrales termoele\u0301ctricas operan bajo el funcionamiento de los ciclos Rankine con sobrecalentamiento, recalentamiento y regeneracio\u0301n. En gran nu\u0301mero, las plantas trabajan con trenes de calentamiento constituidos por seis o siete calentadores de los cuales uno es abierto. En la actualidad en Me\u0301xico, aproximadamente el 40 por ciento de la generacio\u0301n de potencia ele\u0301ctrica es a trave\u0301s de termoele\u0301ctricas.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En el ciclo de vapor de las centrales termoele\u0301ctricas con 6 calentadores en el tren de calentamiento, se tienen 28 estados termodina\u0301micos, en cada uno se tienen que calcular presio\u0301n, temperatura, volumen especi\u0301fico, entalpi\u0301a y entropi\u0301a especi\u0301fica, asi\u0301 como en las estrangulaciones y expansiones de la turbina, la calidad del vapor, etc.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\" id=\"ciclo-rankine\">Ciclo Rankine<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodina\u0301mico que tiene lugar en una central te\u0301rmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, ti\u0301picamente agua (existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizadas, como en los ciclos Rankine orga\u0301nicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presio\u0301n para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo meca\u0301nico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador ele\u0301ctrico, es el que generara\u0301 la electricidad en la central te\u0301rmica). El vapor de baja presio\u0301n que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado li\u0301quido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeracio\u0301n procedente del mar, de un ri\u0301o o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presio\u0301n del fluido en fase li\u0301quida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">La diagrama 1 muestra los estados principales del ciclo definidos por los nu\u0301meros del 1 al 4 en el diagrama T-s (1: vapor sobrecalentado; 2: mezcla bifa\u0301sica de ti\u0301tulo elevado o vapor hu\u0301medo; 3: li\u0301quido saturado; 4: li\u0301quido subenfriado).<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/Ciclo-Rankine.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-625\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"512\" height=\"425\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/Ciclo-Rankine.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-625\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/Ciclo-Rankine.png 512w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/Ciclo-Rankine-300x249.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 512px) 100vw, 512px\" \/><\/noscript><figcaption>Diagrama1. T-S de un ciclo de Rankine con vapor de alta presio\u0301n sobrecalentado.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">El ciclo ideal (totalmente reversible), se define como sigue:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>1-2: Expansio\u0301n isoentro\u0301pica del fluido de trabajo en la turbina desde la presio\u0301n de la caldera hasta la presio\u0301n del condensador. Se realiza en una turbina de vapor y se genera potencia en el eje de la misma.<\/li><li>2-3: Transmisio\u0301n de calor a presio\u0301n constante desde el fluido de trabajo hacia el circuito de refrigeracio\u0301n, de forma que el fluido de trabajo alcanza el estado de li\u0301quido saturado. Se realiza en un condensador (intercambiador de calor), idealmente sin pe\u0301rdidas de carga.<\/li><li>3-4: Compresio\u0301n isoentro\u0301pica del fluido de trabajo en fase li\u0301quida mediante una bomba, lo cual implica un consumo de potencia. Se aumenta la presio\u0301n del fluido de trabajo hasta el valor de presio\u0301n en caldera.<\/li><li>4-1: Transmisio\u0301n de calor hacia el fluido de trabajo a presio\u0301n constante en la caldera. En un primer tramo del proceso el fluido de trabajo se calienta hasta la temperatura de saturacio\u0301n, luego tiene lugar el cambio de fase li\u0301quido-vapor y finalmente se obtiene vapor sobrecalentado. Este vapor sobrecalentado de alta presio\u0301n es el utilizado por la turbina para generar la potencia del ciclo (la potencia neta del ciclo se obtiene realmente descontando la consumida por la bomba, pero esta suele ser muy pequen\u0303a y suele despreciarse).<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En un ciclo ma\u0301s realista que el ciclo Rankine ideal descrito, los procesos en la bomba y en la turbina no seri\u0301an isoentro\u0301picos y el condensador y la caldera presentari\u0301an pe\u0301rdidas de carga. Todo ello generari\u0301a una reduccio\u0301n del rendimiento te\u0301rmico del ciclo. El rendimiento isoentro\u0301pico de la turbina, que representa el grado de alejamiento de una turbina respecto al proceso ideal isoentro\u0301pico, jugari\u0301a un papel principal en las desviaciones al ciclo ideal y en la reduccio\u0301n del rendimiento. El rendimiento isoentro\u0301pico de la bomba y las pe\u0301rdidas de carga en el condensador y la caldera tendri\u0301an una influencia mucho menor sobre la reduccio\u0301n de rendimiento del ciclo.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\" id=\"ciclo-brayton\">Ciclo Brayton<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">El ciclo Brayton, tambie\u0301n conocido como ciclo Joule o ciclo Froude, es un ciclo termodina\u0301mico consistente, en su forma ma\u0301s sencilla, en una etapa de compresio\u0301n adiaba\u0301tica, una etapa de calentamiento isoba\u0301rico y una expansio\u0301n adiaba\u0301tica de un fluido termodina\u0301mico compresible (Tal y como se observa en la diagrama 2). Es uno de los ciclos termodina\u0301micos de ma\u0301s amplia aplicacio\u0301n, al ser la base del motor de turbina de gas, por lo que el producto del ciclo puede ir desde un trabajo meca\u0301nico que se emplee para la produccio\u0301n de electricidad en los quemadores de gas natural o algu\u0301n otro aprovechamiento \u2013caso de las industrias de generacio\u0301n ele\u0301ctrica y de algunos motores terrestres o marinos, respectivamente\u2013, hasta la generacio\u0301n de un empuje en un aerorreactor.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Al emplear como fluido termodina\u0301mico el aire, el ciclo Brayton puede operar a temperaturas elevadas, por lo que es ido\u0301neo para aprovechar fuentes te\u0301rmicas de alta temperatura y obtener un alto rendimiento termodina\u0301mico.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En la actualidad, el ciclo Brayton se asocia al motor de turbina de gas, si bien Brayton jama\u0301s disen\u0303o\u0301 otra cosa que un motor de pistones. Aunque el fluido termodina\u0301mico sufre los mismos procesos que aquellos a los que se someti\u0301a en su versio\u0301n de motor de pistones, la turbina de gas presenta la caracteri\u0301stica diferencial de que es un motor de flujo continuo. Ello implica que el fluido, habitualmente aire, es continuamente admitido y continuamente expulsado del motor, a diferencia de los motores de pistones, en los que la admisio\u0301n y la expulsio\u0301n es intermitente.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">El desarrollo de la turbina de gas se produce ba\u0301sicamente a principios del siglo XX, y es consecuencia de solucionar la principal problema\u0301tica te\u0301cnica asociada al ciclo Brayton, a saber, la etapa de compresio\u0301n. La compresio\u0301n de un fluido compresible no es sencilla: los motores de pistones solventan el problema confinando al gas en una ca\u0301mara cerrada \u2013el cilindro\u2013, y reduciendo el volumen de la misma por medio de un pisto\u0301n, lo cual produce un incremento de la presio\u0301n; sin embargo, ello conduce a motores esencialmente pesados y de grandes dimensiones para grandes potencias, al requerirse una elevada inercia meca\u0301nica para poder garantizar su funcionamiento de manera continuada. La turbina de gas emplea, por el contrario, un compresor, consistente en uno o varios escalones de a\u0301labes rotatorios que empujan al aire, transmitie\u0301ndole una energi\u0301a cine\u0301tica que primero lo acelera y luego, por medio de unos a\u0301labes fijos, lo frenan para convertir el exceso de energi\u0301a en presio\u0301n. Como quiera que tal proceso implica trasladar a un fluido de una zona de bajas presiones a otra de altas presiones, proceso el cual poco favorecido por la termodina\u0301mica, la compresio\u0301n de esa manera resultaba muy problema\u0301tica y poco efectiva en el siglo XIX.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/Ciclo-Brayton-Teorico.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-626\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"512\" height=\"484\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/Ciclo-Brayton-Teorico.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-626\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/Ciclo-Brayton-Teorico.png 512w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2021\/11\/Ciclo-Brayton-Teorico-300x284.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 512px) 100vw, 512px\" \/><\/noscript><figcaption>Diagrama 2. Ciclo Brayton teo\u0301rico (en negro) y real (en azul), en funcio\u0301n de la entropi\u0301a S y la temperatura T.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\" id=\"ciclo-combinado\">Ciclo combinado<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Se denomina ciclo combinado en la generacio\u0301n de energi\u0301a a la coexistencia de dos ciclos termodina\u0301micos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustio\u0301n o quema.1 En la propulsio\u0301n de buques se denomina ciclo combinado al sistema de propulsio\u0301n COGAS.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\" id=\"cogeneracion\">Cogeneracio\u0301n<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Los sistemas de intercambio de cogeneracio\u0301n son sistemas de produccio\u0301n en los que se obtiene simulta\u0301neamente energi\u0301a ele\u0301ctrica y energi\u0301a te\u0301rmica u\u0301til partiendo de un u\u0301nico combustible.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Al generar electricidad con un motor generador o una turbina, el aprovechamiento de la energi\u0301a primaria del combustible es del 25% al 35%. El resto se pierde en forma de calor. Al cogenerar, se puede llegar a aprovechar del 70% al 85% de la energi\u0301a que entrega el combustible. La mejora de la eficiencia te\u0301rmica de la cogeneracio\u0301n se basa en aprovechar el calor residual de los sistemas de refrigeracio\u0301n de los motores de combustio\u0301n interna al generar electricidad, utilizando el calor para calefaccio\u0301n.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">El gas natural es la energi\u0301a primaria ma\u0301s utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneracio\u0301n de electricidad. Tambie\u0301n se pueden utilizar fuentes de energi\u0301a renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Adema\u0301s, esta tecnologi\u0301a reduce el impacto ambiental, porque aprovecha mejor la energi\u0301a primaria. Si para producir una unidad ele\u0301ctrica por medios convencionales se necesitan 3 unidades te\u0301rmicas, mientras que en cogeneracio\u0301n se necesitan 1,5 unidades, la cantidad total de agentes contaminantes emitidos disminuira\u0301 en un 50%.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Te invito a ver el siguiente recurso en apoyo a tu aprendizaje:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-block-embed-youtube wp-embed-aspect-16-9 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<iframe loading=\"lazy\" title=\"Tema 8 ciclo termodinamicos para centrales termoel\u00e9ctricas\" width=\"1200\" height=\"675\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/nBOqoPEWHPw?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture\" allowfullscreen><\/iframe>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"conclusion\">Conclusi\u00f3n <\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En conclusi\u00f3n, la bu\u0301squeda de ciclos termodina\u0301micos eficientes lleva hacia la mejora constante de los mismos. La finalidad de lograr este objetivo radica en la mejor utilizacio\u0301n de los recursos para generar energi\u0301a, lo cu\u00e1l impacta en la eficiencia de la central generadora de energ\u00eda el\u00e9ctrica, sumado a la necesidad de tener el menor impacto ambiental posible. El entendimiento de estos ciclos es crucial para lograr procesos de generacio\u0301n ma\u0301s limpios, rentables y eficientes.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Has llegado al final de la clase. \u00a1Te felicito por tu importante logro! Te invito a realizar la consigna asignada en esta clase y mandarla como corresponde. No olvides que te espero en la siguiente sesi\u00f3n. Hasta entonces.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"fuentes-de-informacion\">Fuentes de informaci\u00f3n <\/h2>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Klempner, G., &amp; Kerszenbaum, I. (2008). <em>Handbook of Large turbo-generators, operation and maintenance<\/em>. (2a ed.). Wiley-IEEE Press.<\/li><li>Nag. P. K. (2002). <em>Power Plant Engineering<\/em>. (2a ed.).Tata McGraw Hill Education.<\/li><li>Drbal, L., Westra, K., &amp; Boston, P. (Eds). (1996). <em>Power Plant Engineering.<\/em> Springer EE. UU.<\/li><\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Introducci\u00f3n \u00a1Hola! Es todo un privilegio contar con tu asistencia en esta nueva sesi\u00f3n, es muy seguro que la vas a disfrutar y aprender\u00e1s mucho, es por ello que te invito a la clase nueve denominada Ciclos termodin\u00e1micos para centrales termoel\u00e9ctricas. En esta clase veremos la selecci\u00f3n del generador el\u00e9ctrico de una central generadora de &#8230; <a title=\"Clase digital 9. Ciclos termodin\u00e1micos para centrales termoel\u00e9ctricas\" class=\"read-more\" href=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/clase-digital-9-ciclos-termodinamicos-para-centrales-termoelectricas\/\" aria-label=\"Leer m\u00e1s sobre Clase digital 9. 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