Félix Ignacio Pérez Cicala

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Análisis de resultados y validación

En este capítulo se estudian los resultados obtenidos con el programa desarrollado. Se estudiarán los valores del rendimiento isentrópico que se obtienen para las turbinas con el método de Spencer, Cotton y Cannon [1], las in uencias de cada corrección, y las líneas de expansión. También se analizarán distintos modos de operación del tren de calentadores.

Finalmente, se compararán los resultados obtenidos mediante el método de cálculo desarrollado con los de Chacartegui et al. [14], que utilizaron el método de Spencer, Cotton y Cannon [1] para resolver ciclos a carga parcial.

6.1. Rendimiento del ciclo a carga parcial

En carga parcial, el rendimiento del ciclo Rankine puede llegar a caer más de un 5 % respecto al rendimiento en condiciones de diseño. Se observa en la Figura 6.1 una diferencia de al hasta un 4 % de rendimiento entre el modo de operación a presión deslizante y el modo a presión constante.

Figura 6.1: Rendimiento del ciclo para presión deslizante y presión constante

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Esta diferencia se debe a tres causas:

La turbina de alta presión tiene mejor rendimiento en presión deslizante, de acuerdo a Polsky [10] y a lo explicado en la Subsección 2.1.1.

En presión deslizante, la turbina de alta presión tiene más energía disponible (diferencia de entalpía entre la entrada y la salida), de acuerdo a Polsky [10] y como se observa en la Figura 2.7. Esto se traduce en una mayor potencia generada en presión deslizante, como se puede observar en la Figura 6.2.

La bomba de agua de alimentación debe impulsar a mayor presión en presión constante que en presión deslizante, por lo cual su consumo de energía es mayor, como se comprueba en la Figura 6.3.

En presión deslizante, el vapor abandona la turbina de alta presión con una entalpía mayor que en presión constante, como se puede apreciar en la Figura 6.11. Esto da lugar a un menor consumo energético en el recalentador.

Figura 6.2: Potencia de la turbina de alta presión en presión constante y deslizante

El resultado nal es que la potencia del ciclo es ligeramente mayor en presión deslizante, a igualujo másico de agua de alimentación. Esta diferencia se muestra en la Figura 6.4, y no supera los 15MW para ningún valor de la carga. La diferencia aumentaría si se utilizara una bomba de agua de alimentación de menor rendimiento. Se observa que la potencia es lineal con el TFR, dado que la potencia generada no re eja el empeoramiento del rendimiento que sufre el ciclo al operar a cargas parciales.

6.1.1. Resumen de resultados en presión deslizante y presión constante

En la Tabla 6.2 y en la Tabla 6.1 se muestran algunos de los parámetros más indicativos del rendimiento del ciclo para distintos valores del TFR (porcentajes en la cabecera). Comparando las dos tablas, se pueden observar las diferencias en potencia generada entre los dos modos, y la mayor temperatura de entrada al recalentador en presión deslizante. Esta diferencia da lugar a un mejor rendimiento del ciclo en presión deslizante (entre otras causas), al consumirse menos energía en el recalentador.

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Figura 6.3: Potencia consumida por la bomba de agua de alimentación

Figura 6.4: Potencia generada por el ciclo en presión deslizante y en presión constante

También se comprueba que los ciclos operan en iguales condiciones al 100 % de TFR en los dos modos, lo cual debe suceder puesto que las válvulas de control de la turbina de alta presión están totalmente abiertas en condiciones de diseño en presión constante.

6.1.2. Diagrama T-s del ciclo

En la Figura 6.5 se muestra el diagrama T-s del ciclo de estudio en condiciones de diseño. Se puede observar que las líneas de los calentadores cerrados están separadas de forma uniforme, y que las líneas de expansión de las turbinas tienen aproximadamente la misma pendiente (rendimiento isentrópico muy similar).

En la Figura 6.6 se muestra el diagrama T-s del ciclo a carga parcial, en presión deslizante y en presión constante, a un TFR del 30 %. Se puede observar que:

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Tabla 6.2: Resultados para presión deslizante

En presión deslizante, la evaporación en el generador de vapor se produce a menor presión, mientras que a presión constante se produce a la misma presión que a plena carga.

A presión constante el vapor atraviesa las válvulas de control semicerradas, perdiendo presión y entalpía en el proceso. En presión deslizante, las válvulas están totalmente abiertas y no hay pérdidas.

Las líneas de los calentadores se aproximan más en carga parcial, debido a la menor caída de presión que se produce en las turbinas.

La temperatura del escape de la turbina de alta presión es mucho mayor en presión deslizante, lo cual da lugar a un menor consumo de energía en el recalentador.

La presión del condensador es menor a carga parcial que a plena carga.