O **Ciclo Rankine** é un ciclo termodinámico. Serve de modelo para a obtención de traballo nunha turbina de vapor. Debe o seu nome ó matemático escocés William John Macquorn Rankine.

Procesos dun ciclo Rankine
--------------------------

O diagrama T-S dun ciclo Rankine, exhibindo un proceso real e ideal.
Existen catro procesos nun ciclo Rankine, cada un alterando as propiedades do fluído de traballo. Estas propiedades son identificadas polos números no diagrama da dereita.

* **Proceso 4-1**: Pprimeiro, o fluído é bombeado (idealmente de forma isoentrópica) dunha presión baixa a unha presión alta utilizándose unha bomba. O bombeamento require subministración de enerxía.
* **Proceso 1-2**: o fluído presurizado entra nunha caldeira, onde é quentado a presión constante até se tornar vapor sobrequentado. Fontes comúns de calor inclúen carbón, gas natural e enerxía nuclear.
* **Proceso 2-3**: o vapor sobrequentado expándese a través dunha turbina para xerar traballo. Idealmente, esta expansión é isoentrópica. Con esta expansión, tanto a presión como a temperatura se reducen.
* **Proceso 3-4**: o vapor entra nun condensador, onde é arrefriado até a condición de líquido saturado. Este líquido retorna á bomba e o ciclo repítese.

Descrición
----------

O ciclo Rankine describe a operación de turbinas a vapor comunmente encontradas en centrais térmicas.

O fluído de traballo nun ciclo Rankine segue un ciclo fechado, e é constantemente reutilizado. O vapor que se desprende en estacións de enerxía vén do sistema de arrefriamento do condensador, e non do fluído de traballo.

Ciclo Rankine

Ecuacións
---------

Cada unha das ecuacións seguintes poden ser obtidas facilmente a partir do balance de masa e enerxía do volume de control. A quinta ecuación define a eficiencia termodinámica do ciclo como sendo a razón entre o traballo obtido do sistema e a calor fornecida ao sistema.

|  |  |
| --- | --- |
| \frac{\dot{Q}\_{\mathit{caldeira}}} {\dot{m}} = h\_2 - h\_1 | \frac{\dot{W}\_{\mathit{turbina}}} {\dot{m}} = h\_2 - h\_3 |
| \frac{\dot{Q}\_{\mathit{condensador}}} {\dot{m}} = h\_4 - h\_3 | \frac{\dot{W}\_{\mathit{bomba}}} {\dot{m}} = h\_4 - h\_1 |
| \eta = \frac{\dot{W}\_{\mathit{turbina}}-\dot{W}\_{\mathit{bomba}}} {\dot{Q}\_{\mathit{caldeira}}} |

Variábeis
---------

|  |  |
| --- | --- |
| \dot{Q}\_{in} | taxa de entrada de calor (enerxía por unidade de tempo) |
| \dot{m} | fluxo másico (masa por unidade de tempo) |
| \dot{W} | traballo mecánico usado ou proveniente do sistema (enerxía por unidade de tempo) |
| \eta | eficiencia termodinámica do proceso (adimensional) |
| h\_1, h\_2, h\_3, h\_4 | estes son os valores de entalpía específica especificados no diagrama T-s |

Ciclo Rankine real (non ideal)
------------------------------

Nun ciclo Rankine real, a compresión pola bomba e a expansión na turbina non son isoentrópicas. Noutras palabras, estes procesos non son reversíbeis, e a entropía aumenta durante os procesos (indicados na figura como ΔS). Isto fai que a enerxía requirida pola bomba sexa maior, e que o traballo producido pola turbina sexa menor do producido nun estado de idealidade.

Variacións do ciclo Rankine
---------------------------

Dúas variacións básicas do ciclo Rankine son utilizados actualmente.

### Ciclo Rankine con requentamento

O ciclo Rankine con requentamento opera utilizando dúas turbinas en serie. A primeira turbina recibe o vapor da caldeira a alta presión, liberándoo de tal maneira que evita a súa condensación. Este vapor é entón requentado, utilizando a calor da propia caldeira, e é utilizado para accionar unha segunda turbina de baixa presión. Entre outras vantaxes, isto impide a condensación do vapor no interior das turbinas durante a súa expansión, o que podería danar seriamente as pas da turbina.

Ciclo Rankine con requentamento
### Ciclo Rankine rexenerativo

O ciclo Rankine rexenerativo é nomeado desta forma debido a que o fluído é requentado após saír do condensador, aproveitando parte da calor contida no fluído liberado pola turbina de alta presión. Isto aumenta a temperatura media do fluído en circulación, o que aumenta a eficiencia termodinámica do ciclo.

Ciclo Rankine rexenerativo

Notas
-----

1. ↑  Moran & Shapiro: 'Fundamentals of Engineering Thermodynamics' (ISBN 0471274712)
2. 1 2 3  Van Wylen 'Fundamentos da Termodinámica' (ISBN 8521203276)

| * v
* c
* e
Ciclos termodinámicos |
| --- |
| Ciclos de combustión externa | 
* Ciclo de Carnot
* Ciclo Ericsson
* Ciclo Kalina
* Ciclo de Rankine
* Ciclo rexenerativo
* Ciclo Stirling
* Ciclo Stoddard
* Ciclo Vuilleumier

 |
| Ciclos de combustión interna | 
* Ciclo Atkinson
* Ciclo Brayton
* Ciclo Diesel
* Ciclo Lenoir
* Ciclo Miller
* Ciclo Otto

 |
| Combinacións de ciclos | 
* Ciclo combinado

 |

|  |  |
| --- | --- |
| Control de autoridades | 
* Wd: Q215612
* BNCF: 61480
* BNF: 17025904m
* EBID: ID
* GEC: 0054276
* JSTOR: rankine-cycle
* LCCN: sh2003000204
* MAG: 161911898

 |