¿Cuál es el ciclo de Rankine?
El ciclo Rankine es un término que describe un proceso que utiliza el calor para realizar el trabajo. Lleva el nombre del ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine. En general, el calor produce vapor que impulsa una turbina. Se utiliza principalmente para generar electricidad, y a partir de 2011, representa aproximadamente el 80% de la electricidad utilizada en todo el mundo.
El principio básico implica un fluido, generalmente agua, pero se conoce 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 líquido que trabaja en un vapor que impulsa la turbina y luego se condensa en un líquido, que se bombea nuevamente a la caldera. El vapor deja la caldera a alta temperatura, hasta 1,000 ° F (538 ° C), y presión, hasta 4,500 psig (31,026.4 kpag), y es la expansión de este gas caliente y de alta presión que impulsa la turbinaAft, produciendo una rotación que puede generar electricidad o conducir un motor. La eficiencia del ciclo de Rankine puede alcanzar alrededor del 40%.
Este proceso es la base para la mayoría de las centrales eléctricas donde el combustible se usa como fuente de calor para generar electricidad. El combustible puede ser petróleo, carbón, gas, biomasa o nuclear; Dado que la fuente de calor es externa, se puede usar cualquier cosa que pueda generar suficiente calor. La tecnología de ciclo Rankine a menor escala también se puede utilizar para explotar el calor de los residuos de las centrales eléctricas tradicionales. Por ejemplo, las centrales eléctricas de combustión de gas utilizan turbinas de combustión que generan gases de escape en caliente, a diferencia de las turbinas de ciclo de Rankine, no operan en un circuito cerrado. Es posible combinarlos con un generador de ciclo Rankine que usa el gas caliente para producir el vapor, mejorando en gran medida la eficiencia energética.
Los fluidos que no se pueden usar en un ciclo de Rankine donde ofrecen ventajas enaplicaciones particulares. Por ejemplo, las centrales eléctricas que operan en condiciones muy frías pueden requerir un fluido con un punto de congelación más bajo. Se han utilizado varios fluidos orgánicos y el pentano se ha empleado con éxito en un generador de ciclo de Rankine que explota los gases de escape de una central eléctrica a gas como fuente de calor, como se describió anteriormente. Un proceso que utiliza fluido orgánico de esta manera se conoce como un ciclo orgánico de Rankine (ORC).
Muchos proyectos de energía renovable utilizan tecnología ORC para generar energía. A menudo se usa en las centrales eléctricas geotérmicas, y este sistema se ha adaptado para usarse en algunas plantas de energía solar, donde la luz solar se centra para proporcionar el calor para impulsar el ciclo. Los generadores a pequeña escala que usan esta tecnología han estado disponibles para explotar el calor de los residuos de una variedad de procesos industriales.