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• Arturo Ambrocio

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Plantas Generadoras Gpo.2 Plantas Termoeléctricas de Ciclo Binario. Ciclo de Vapor y Ciclo de Mercurio Ciclo de Vapor El agua es el fluido de trabajo mas utilizado en los sistemas de potencia con vapor, debido a que es abundante, barata, no toxica, químicamente estable y relativamente no corrosiva. Las propiedades del agua y del vapor de agua son tales que las relaciones de trabajos obtenidas son muy pequeñas y las técnicas de recalentamiento y regeneración son eficaces para mejorar el rendimiento térmico de la central. Por otra parte el agua se puede utilizar con otra sustancia en un ciclo binario de vapor para obtener mejor rendimiento global que cuando se utiliza solamente agua. Ciclo Binario de vapor y mercurio En un ciclo de potencia binario se utilizan dos fluidos de trabajo, uno con buenas características a altas temperaturas y otro con buenas características para las temperaturas mas bajas dentro del intervalo de operación. En la Fig. 1 se muestra un diagrama esquemático de un ciclo binario que utiliza mercurio y agua, acompañado de un diagrama T-s. En esta disposición se combinan dos ciclos Rankine ideales, de modo que el calor cedido por el ciclo de alta temperatura(ciclo superior) se utiliza como energía absorbida por el ciclo a baja temperatura. Esta transferencia de energía se realiza en un intercambiador de calor, que sirve como condensador para el ciclo de mercurio y de caldera para el ciclo de agua. Puesto que el incremento de entalpía especifica del agua a su paso por el intercambiador de calor es varias veces mayor que el descenso de la entalpía especifica del mercurio, deben circular varias unidades de masa de mercurio en el primer ciclo por cada unidad de masa de agua en el otro ciclo. El ciclo de potencia binario puede trabajar con una temperatura media de absorción de calor mas alta que el ciclo convencional que utiliza agua solamente y puede dar rendimientos mayores. Así, este mayor rendimiento puede justificar el aumento de los costes de construcción y operación de esta configuración de ciclo mas compleja.

Fig. 1 Ciclo Binario de Vapor y Mercurio 1

Características del fluido de trabajo más apropiado para los ciclos de potencia de vapor. 1. Una temperatura crítica elevada y una presión máxima segura. 2. Baja temperatura del punto triple. 3. Una presión del condensador que no es demasiada baja. h 4. Una elevada entalpía de vaporización (¿¿ fg) de manera que la transferencia de calor se ¿ aproxime a una isotérmica y no sean necesarias grandes relaciones de flujo de masa. 5. Una curva de saturación que asemeje una U invertida. 6. Buenas características de transferencia de calor (alta conductividad térmica). 7. Otras propiedades como ser inerte, económico, de fácil consecución y no tóxico. Algunos fluidos de trabajo adecuados para el ciclo de alta temperatura son el mercurio, el sodio, el potasio y mezclas de sodio-potasio. El diagrama esquemático y el diagrama T-s de un ciclo de vapor binario de mercurio-agua se muestra en la figura 1. La temperatura crítica del mercurio es de 890°C y su presión crítica es sólo de 18MPa. Lo cual hace al mercurio un fluido de trabajo muy adecuado para el ciclo superior. Sin embargo, el mercurio no es adecuado como el único fluido de trabajo para el ciclo completo, porque a una temperatura de condensador de 32°C su presión de saturación es de 0.07MPa. Una planta de potencia no puede operar en este vacío debido a los problemas de fugas de aire. A una presión del condensador aceptable de 7kPa, la temperatura de saturación del mercurio es de 237°C, la cual es demasiado alta como la temperatura mínima en el ciclo. Por tanto, el uso del mercurio como un fluido de trabajo se limita a los ciclos de alta temperatura. Otras desventajas del mercurio son su toxicidad y su elevado costo. La relación de flujo de masa del mercurio en ciclos de vapor binarios es varias veces la del agua debido a su baja entalpía de vaporización. Se sigue del diagrama T-s en la figura 1 que el ciclo de vapor binario se acera más al ciclo de Carnot que el ciclo de vapor para los mismos límites de temperatura. Por consiguiente, la eficiencia térmica de una planta de potencia se incrementa al cambiar a ciclos binarios. Algunos estudios muestran que las eficiencias térmicas de 50 por ciento o más altas son posibles con ciclos de vapor binarios. Sin embargo, los ciclos de vapor binarios no resultan atractivos en lo económico debido a su alto costo inicial. Bibliografía  

Termodinámica. Yunus A. Cengel/Michael A. Bones. Fundamentos de termodinámica técnica. Michael J. Moran,Howard N. Shapiro