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¿Cuál es el ciclo de Rankine?

El ciclo de Rankine es un término que describe un proceso que utiliza calor para realizar el trabajo. Lleva el nombre de la ingeniero escocés y el físico William John Macquorn Rankine. Generalmente, el calor produce vapor que impulsa una turbina. Se utiliza sobre todo para generar electricidad, y a partir de 2011, representa aproximadamente el 80% de la electricidad utilizada en todo el mundo.

El principio básico consiste en un fluido - por lo general agua, pero que se refiere como el "fluido de trabajo" - que fluye en un circuito cerrado con cuatro componentes principales: una bomba, una caldera, una turbina y un condensador. En la caldera, una fuente de calor externa convierte el fluido de trabajo líquido en un vapor que acciona la turbina y se condensa a continuación en un líquido, que se bombea de vuelta a la caldera. El vapor sale de la caldera a una temperatura alta - hasta 1000 ° F (538 ° C) - y la presión - hasta 4500 psig (31,026.4 kPag) - y es la expansión de este, el gas caliente a alta presión que impulsa la turbina eje, produciendo una rotación que puede generar electricidad o conducir un motor. La eficiencia del ciclo Rankine puede alcanzar alrededor del 40%.

Este proceso es la base para la mayoría de las plantas de energía de combustible donde se utiliza como fuente de calor para generar electricidad. El combustible puede ser petróleo, carbón, gas, biomasa o nuclear; desde la fuente de calor es algo externo que puede generar suficiente calor puede ser utilizado. Tecnología de ciclo Rankine en menor escala también se puede utilizar para aprovechar el calor residual de las plantas de energía tradicionales. Por ejemplo, las centrales eléctricas que queman gas utilizan turbinas de combustión que generan gases de escape calientes como, a diferencia de turbinas de ciclo Rankine, no operan en un circuito cerrado. Es posible combinar estos con un generador de ciclo de Rankine que utiliza el gas caliente para producir el vapor, lo que mejora en gran medida la eficiencia energética.

Los fluidos distintos del agua pueden ser utilizados en un ciclo de Rankine en el que ofrecen ventajas en aplicaciones particulares. Por ejemplo, las plantas de energía que operan en condiciones muy frías pueden requerir un fluido con un punto de congelación inferior. Un número de fluidos orgánicos se han utilizado y pentano se ha empleado con éxito en un generador de ciclo de Rankine que explota gas de escape caliente desde una estación eléctrica de gas como fuente de calor, como se describe anteriormente. Un proceso que utiliza fluido orgánico de esta manera se conoce como un ciclo de Rankine orgánico (ORC).

Muchos proyectos de energía renovable utilizan la tecnología ORC para generar energía. A menudo se utiliza en las estaciones de energía geotérmica, y este sistema ha sido adaptado para ser utilizado en algunas plantas de energía solar, donde la luz del sol está enfocado a proporcionar el calor para conducir el ciclo. Generadores de pequeña escala que utilizan esta tecnología se han hecho disponibles para explotar el calor residual de una variedad de procesos industriales.

  • Algunas plantas de energía solar utilizan la tecnología de ciclo de Rankine orgánico.