Barac+Andrei+-+Ciclul+Clausis-Rankine

= **Ciclul Clausis-Rankine ** =


 * -Ciclul Clausius-Rankine este un ciclu termodinamic motor, care produce lucru mecanic pe baza căldurii introduse. De obicei drept agent termic este folosită apa. Acest ciclu stă la baza funcționării termocentralelor, indiferent dacă ele folosesc drept sursă de căldură energia combustibililor, fosili sau biomasă, energia nucleară sau energia solară. Cu ajutorul lui se obține peste 80 % din curentul electric produs pe plan mondial.

În limba română numele ciclului este cel din literatura tehnică germană, unde a fost denumit în cinstea lui Rudolf Clausius și William John Macquorn Rankine ca întemeietori ai termodinamicii, dar acum pe plan mondial este cunoscut drept ciclul Rankine, deoarece W. Rankine a dezvolta ****t termodinamica vaporilor. **

 Ciclul descrie funcționarea mașinilor termice aflate în termocentrale. Sursele obișnuite de căldură ale acestor centrale sunt combustibilii fosili: cărbunele, păcura și gazul natural, sau combustibilul nuclear. Deși un ciclu Clausius-Rankine poate funcționa cu diverse substanțe, de obicei se folosește apă, datorită mai multor proprietăți favorabile: nu este toxică și nici prea reactivă chimic, se găsește din abundență și la preț de cost scăzut, iar capacitatea termică masică și capacitatea termică latentă de vaporizare sunt potrivite.

Agentul de lucru este folosit în circuit închis. Apa, în starea 1 este comprimată în pompă până în starea 2, la presiunea înaltă a ciclului. Apoi, preluând căldura introdusă în ciclu, ea este preîncălzită și vaporizată la presiune constantă în cazan, obținându-se abur saturat uscat în starea 3. Acest abur este destins în turbina cu abur până la presiunea joasă a ciclului, în starea 4, producând lucru mecanic. Aburul, eventual umed, evacuat din turbină conține căldura ce trebuie evacuată din ciclu deoarece nu poate fi transformată în lucru mecanic. Evacuarea căldurii se face prin condensarea aburului în condensator. Aburul umed în starea 4 este condensat la presiune constantă în condensator până la starea de apă la saturație, starea 1. Prin condensare se cedează căldura latentă de condensare, care este preluată de apa de răcire a condensatorului, răcită și ea, la rândul ei, în turnurile de răcire. Turnurile de răcire răcesc apa care vine de la condensator prin evaporarea unei părți din ea, astfel apar deasupra lor panașe albe de abur, care sunt de fapt alt abur decât cel evacuat din turbină.

Principala diferență între ciclul Clausius-Rankine și ciclul Carnot este că introducerea, respectiv evacuarea căldurii din ciclu se face prin transformări izobare, nu prin transformări izoterme. Ridicarea presiunii se face cu pompa, asupra agentului termic în stare lichidă. Deoarece lichidele sunt mult mai puțin compresibile decât gazele, lucrul mecanic consumat de pompă la comprimare este mult mai mic decât lucrul mecanic consumat de compresor la comprimarea agentului termic gazos cu care funcționează ciclul Carnot.

Randamentul termic al ciclului Clausius-Rankine este limitat de raportul dintre temperaturile maximă și minimă la care lucrează ciclul.

Inițial, ciclul Clausius-Rankine a fost conceput să funcționeze în domeniul vaporilor umezi, adică cu presiunea maximă inferioară presiunii critice. Pentru apă presiunea critică este de 221,2 bar, la care corespunde temperatura critică de 374,12 °C. Aceasta este și temperatura maximă teoretică a ciclului având ca agent de lucru apa.

Temperatura minimă a ciclului este limitată de temperatura sursei reci care poate prelua căldura evacuată din ciclu. În decursul timpului, cele mai reci surse au fost râurile, cu temperaturi medii anuale de 15 °C, însă actual este interzisă poluarea termică a râurilor, datorită eutrofizării lor. Excepție fac doar centralele nucleare care primesc derogări pentru fluvii foarte mari, fapt care limitează amplasarea acestor centrale. Folosind turnuri de răcire și evacuând căldura din ciclu în atmosfera cu o temperatură medie anuală de 20 °C se poate conta pe o sursă rece la 30 °C.

Randamentul ciclului Carnot lucrând între aceste temperaturi (374 °C / 30 °C) este de cca. 53 %. Comparând diagramele T-s ale unui ciclu Carnot și a ciclului Rankine este evident că, deoarece pentru cicluri lucrând între aceleași temperaturi și entropii suprafața corespunzătoare lucrului mecanic ciclic produs de ciclul Rankine este mai mică decât cea din ciclul Carnot, randamentul ciclului Rankine este mai mic decât al ciclului Carnot.

Temperaturile relativ scăzute din ciclul Clausius-Rankine fac ca acest ciclu să fie folosit drept ciclu de temperatură joasă în termocentralele funcționând după un ciclu combinat abur-gaz.

Având în vedere că în ciclul unei turbine cu gaze temperatura de intrare a gazelor în turbină se apropie actual de 1500 °C iar cea de evacuare este de cca. 600 °C, ciclul turbinelor cu gaze și Clausius-Rankine al turbinelor cu abur se completează remarcabil în ciclurile combinate, obținându-se randamente termice relativ mari, de cca. 54 %.

=Transformările dintr-un ciclu Clausius-Rankine: = Ciclul Clausius-Rankine este format din patru transformări termodinamice, conform numerotării din figura alăturată (exemplul se referă la un ciclu funcționând cu abur saturat uscat): Transformarea 1-2: Agentul de lucru este pompat de la presiunea joasă la presiunea înaltă. Fiind lichid, necesită puțin lucru mecanic pentru pompare. Transformarea 2-3: Lichidul la înaltă presiune intră în generatorul de abur unde este transformat la presiune constantă în abur saturat uscat prin absorbția căldurii de la o sursă exterioară (sursa caldă). Transformarea 3-4: Aburul saturat uscat este destins într-o turbină, obținându-se lucrul mecanic. Destinderea răcește aburul, astfel că poate apărea condensarea unei părți din abur. Transformarea 4-1: Aburul umed intră în condensator, unde este condensat la presiune și temperatură constantă, devenind lichid la temperatura de saturație. Presiunea și temperatura din condensator sunt date de temperatura apei de răcire disponibile a țevilor pe care are loc condensarea.

Într-un ciclu Clausius-Rankine ideal transformările din pompă și turbină sunt izoentropice, adică pompa și turbina nu generează entropie, deci randamentul lor este maxim. În acest caz transformările 1-2 și 3-4 apar în diagrama T-s ca linii verticale și ea seamănă foarte bine cu ciclul Carnot. Ciclul prezentat aici, nefolosind abur supraîncălzit reduce cantitatea de căldură evacuată prin condensator, însă, datorită temperaturii maxime scăzute (temperatura de fierbere) randamentul însuși al ciclului Carnot lucrând între aceste temperaturi este scăzut.

Într-un ciclu real, comprimarea în pompă și destinderea în turbină nu sunt izoentropice, adică nu sunt reversibile, iar transformările reale se fac cu creștere de entropie. Acest fapt determină creșterea într-o oarecare măsură a lucrului mecanic consumat de pompă, respectiv diminuarea lucrului mecanic produs de turbină, lucru luat în considerare la calculul randamentului termic al ciclului prin randamentul interior al turbinei, respectiv randamentul adiabatic al pompei. =Bibliografie: = -http://ro.wikipedia.org/wiki/Ciclul_Clausius-Rankine -http://www.scribd.com/doc/52511306/34/CICLUL-CLAUSIUS-–-RANKINE-INSTALAŢII-DE-ABUR -http://prezi.com/k12j6kmj1ezv/ciclul-clausius-rankine/