¿Qué es el ciclo de Rankine?

El ciclo de Rankine es un término que describe un proceso que usa 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 involucra un fluido, generalmente agua, pero denominado "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 de trabajo líquido en un vapor que impulsa la turbina y luego se condensa en un líquido, que se bombea nuevamente dentro de la caldera. El vapor sale de 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 de alta presión lo que impulsa la turbina. eje, 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 de la mayoría de las centrales eléctricas donde el combustible se utiliza como fuente de calor para generar electricidad. El combustible puede ser petróleo, carbón, gas, biomasa o nuclear; Como la fuente de calor es externa, se puede utilizar cualquier cosa que pueda generar suficiente calor. La tecnología del ciclo de Rankine a menor escala también se puede utilizar para explotar el calor residual de las centrales eléctricas tradicionales. Por ejemplo, las centrales eléctricas de gas utilizan turbinas de combustión que generan gases de escape calientes ya que, a diferencia de las turbinas de ciclo de Rankine, no funcionan en un circuito cerrado. Es posible combinarlos con un generador de ciclo Rankine que utiliza el gas caliente para producir el vapor, mejorando así enormemente la eficiencia energética.

Se pueden usar fluidos distintos al agua en un ciclo de Rankine donde ofrecen ventajas en aplicaciones 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 se ha empleado con éxito el pentano en un generador de ciclo Rankine que explota los gases de escape calientes de una estación de energía a gas como fuente de calor, como se describió anteriormente. Un proceso que usa fluido orgánico de esta manera se conoce como ciclo orgánico de Rankine (ORC).

Muchos proyectos de energía renovable utilizan la tecnología ORC para generar energía. A menudo se usa en estaciones de energía geotérmica, y este sistema se ha adaptado para usarse en algunas plantas de energía solar, donde la luz solar se enfoca para proporcionar el calor para impulsar el ciclo. Los generadores a pequeña escala que utilizan esta tecnología se han convertido en disponibles para explotar el calor residual de una variedad de procesos industriales.