Ciclul Clausius-Rankine• Ciclul Clausius –Rankine motor este un ciclu din care se

obtine energie electrică din energie chimică, prin

intermediul energiei termice

• Deoarece ciclul Carnot nu este realizabil din punct de

vedere practic, se impune găsirea altor cicluri de

comparaţie, care au însă randamente mai scăzute decât

ciclul Carnot (ciclul Carnot = două izoterme + două

adiabate)

• Ciclul de bază C-R= ciclul maşinii de forţă ≈ciclul Carnot

Foarte important• Ciclul Clausius – Rankine este format din

două izobare + două adiabate şi este folositca ciclu de comparaţie pentru instalaţiile de forţă cu abur sau cu gaze

• Drept combustibil pentru introducerea căldurii în sistem se poate folosi combustibilul fosil, dar şi cel nuclear sau neconvenţional

• Densitate mare de energie care se transformă, cu un randament acceptabil

Schema unei CTE funcţionând după ciclul Clausius-Rankine motor

Ca-cazan de abur ; T-turbină; Cd-condensator; Pa-pompă de alimentare ; G-generator electric ; Sî-supraîncălzitor de abur;

Ciclul Clausius-Rankine în T-s

TP

1-2 = destindere teoretică în turbina (T) cu abur2-3 = condensarea amestecului în condensator (Cd)3-4 = ridicarea presiuni apei (adiabatic) în pompă (P)4-5 = încălzire izobară a apei în cazan (C) 5-6 = vaporizarea apei în supraincalzitorul cazanului (C) punctul 1 = vapori supraincălziţi la presiunea nominala cazanpunctul 2 = amestec (abur + apă), caracterizat de titlul x

3434 iilt −=2112 iilt −=

2323 iiqqcedat −==

4141 iiqqprimit −==

Semnificaţia punctelor• i2 se citeşte din diagrama i-s sau se calculează cu:

pt. presiunea din condensator• punctele 3, 5 =apă la saturatie, la presiunea

condensatorului respectiv la presiunea cazanului• punctul 4 = neglijabil, (se identifica cu 3 ca si s, i) =

apă supraîncălzită la presiunea cazanului (din tabelul vaporilor supraîncălziţi, deasupra liniei orizontale)

• punctul 6 = vapori saturati uscati, la pres. din cazan• punctul 1 = vapori supraîncălziţi, la pres. din cazan

( )''''x iixiii −+== 2

Ciclul Clausius-Rankine în diagrama i-s

• Date iniţiale: p1=pca, Tsî, pcd

• Se citesc pentru punctul 2: x, s, i,

• 1-2 = verticală‚ adiabatăreversibilă (destinderea teoretică în turbină)

• pentru cazul real destinderea în turbină este deplasată spre dreapta

teoretic21

real21erior ii

ii−−

=ηint

x

Calculul randamentului teoretic al ciclului Clausius Rankine

( ) ( )41

3421

14

iiiiii

qll

ql pompat

thtermic teoretic

−−−−

=

=−

===ηη

elmecithntraleireal al ce ηηηηη ⋅⋅⋅=

Puterea electrica a grupului turbinei

elmecie lmP ηηη ⋅⋅⋅⋅=•

debitul masic de aburlucrul mecanic dezvoltat teoretic de turbinărandamentul intern al turbineirandamentul mecanic la cupla generatorului electricrandamentul electric al generatorului

Recapitulare Ciclul Clausius -Rankine motor

Combustibil

Aer

Gaze de ardere (fum)

Cenusa

G

Abur

Cazan (Generator de abur)Eco, Vaporiz, Si, PA

Pompa de alimentare

Apa racire agent termic primar

Condensator

Turbina cu abur Generator el

ltelW1

2

3

4

Apa de alimentare

5

T

s

5

1 x = 1

K

4

a b

qvqfierb

qsi

i3

5i i4x4

2

3

purja

apa de cazan

Recapitulare a ciclului Clausius Rankine in coordonate i-s

si

real

teor

etic

realteorteor real

Temperatura termodinamica medie Tm la care mediul primeste caldura

• Tm este limitata de materialul folosit in constructiasupraincalzitoarelor

• T0 este limitat de temperatura mediuluiambiant

( ) 3131m iissT −=−

( )( ) m

0

31m

310

13

23th T

T1ssTssT1

qq

1 −=−−

−=−=η

31

310th ii

ssT1−−

−=η

Modalităţi de ridicare a randamentuluiη teoretic al centralei termoelectrice

• presiunea din cazan şi temperature de supraîncălzire mărite (limite tehnologice) (pp11, t, t11 ↑↑)

• temperatura şi presiunea din condensator reduse (pp22, t, t22 ↓↓)

• preîncălzirea regenerativă a volumului de apă cuabur prelevat de la turbină

• supraîncălzirea intermediară• termoficare: valorificarea energiei termice disipate

de obicei în condensator

Preîncălzirea regenerativă

1

2

3

A4

5

6

T

s

56

1

2

K

3

Aa

4

b cd e

s 6 s1

s a sA

61q

Preîncălzirea regenerativă

( )( ) ( )nentarecazalimapaaarareturbinintiT

Tatoriescondensiestrubina

iimmmii

−⋅+⋅−

−=&&

&

Ση 1

iT mΣm && +

1m&2m&

3m&4m&

Qprimit

Qcedat=valorificat

Tm&

turbina

G1

2

3

4

5

6

T

s

K

1

2

3

4

5

67

Tmprimit

1 3 5s s s

cazancondensatorpompa

Supraîncălzirea intermediară la aceeaşi temperatură T3 = T5

Supraîncălzirea intermediară şi preîncălzirea regenerativă

Termoficare

G

M

aer

combustibil

45 bar

450 °C

6 bar, 210 °C

102 °C

3

45 6

7 8 9

102 1

1 - rezervor apa alimentare cu degazor2 - pompa de alimentare a cazanului3 - cazan cu suraîncălzitor

5 - turbina cu contrapresiune6 - generator electric

10 - pompa de condens4 - ventil de abur viu pe bara de abur7, 8, 9 - utilizatori ai energiei termice q

qq q

Termoficarea aduce teoretic randament de 100 %

1q

qll

qql

ql

14

23pompat

23

rcondensato

utiletermoficarth

=+−

=

=+

==η

Ciclul mixt gaz-abur

Ciclul mixt abur-gaz, turbină înaintaşă şi cazan recuperator