Ciclos binarios

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Ciclos binarios : ciclos termodinámicos que utilizan dos fluidos de trabajo , uno de los cuales tiene una baja presión de saturación a altas temperaturas y el otro tiene una baja temperatura de vaporización. El fluido de trabajo de mayor punto de ebullición, después de la rotación de la turbina, cede calor al condensador, que también es el evaporador del fluido de trabajo de menor punto de ebullición.

El principio del ciclo binario

El cuerpo de trabajo del ciclo termodinámico vapor-energía ( ciclo Rankine ), el más conveniente desde el punto de vista termodinámico y operativo, debe satisfacer las siguientes condiciones:

- el fluido de trabajo debe proporcionar el ciclo de trabajo de ciclo más alto posible (es decir, el gráfico de ciclo en coordenadas TS debe estar lo más cerca posible del rectángulo). Para ello, debe tener la menor capacidad calorífica posible en estado líquido. También es deseable que el fluido de trabajo tenga los parámetros críticos más altos posibles;
- se debe garantizar una temperatura superior alta con una presión de vapor no demasiado alta, ya que el uso de altas presiones complica y aumenta el coste de la instalación. Sin embargo, la presión de saturación a la temperatura más baja del ciclo (cerca de la temperatura ambiente) no debe ser demasiado baja; una presión de saturación demasiado baja requerirá el uso de alto vacío en el condensador, lo que está asociado con grandes dificultades técnicas;
- el fluido de trabajo debe ser económico, no debe ser químicamente agresivo para los materiales estructurales de los que está hecha la central eléctrica; no debe ser tóxico.

Sin embargo, en la actualidad no existen órganos de trabajo que cumplan todas estas condiciones. El fluido de trabajo más común en la ingeniería de energía térmica moderna, el agua , no cumple la condición de una capacidad calorífica suficientemente baja en la fase líquida y tiene parámetros críticos bastante bajos, pero cumple la condición de una presión no demasiado baja en el condensador. El mercurio tiene una baja presión de saturación a altas temperaturas y altos parámetros críticos, pero una presión de vapor de saturación muy baja en el condensador. El uso de ciclos binarios le permite aprovechar las ventajas de un refrigerante a altas temperaturas y el otro, a bajas temperaturas. En este caso, el primer fluido de trabajo (por ejemplo, mercurio) se calienta por la combustión del combustible y hace girar la turbina, dándole parte de la energía y el enfriamiento, y luego ingresa al condensador, que también es un evaporador para el segundo fluido de trabajo ( por ejemplo, agua), que a su vez hace girar la turbina y se enfría en el condensador a temperatura ambiente. Esto simplifica la instalación (evita una presión demasiado alta y un vacío demasiado bajo) y aumenta su eficiencia. Por ejemplo, un ciclo binario de mercurio y agua tiene una eficiencia de >60 %, mientras que un ciclo de vapor convencional a las mismas temperaturas es solo del 37 % [1] .

A pesar de la mayor eficiencia, los ciclos binarios rara vez se utilizan debido a la gran complejidad de la instalación. Una forma alternativa de mejorar la eficiencia es el ciclo Rankine con recalentamiento de vapor.

Órganos de trabajo

Un ciclo que usa mercurio y agua ha ganado cierta popularidad . La desventaja de este ciclo es el uso de una gran cantidad de mercurio escaso y altamente tóxico (que requiere aproximadamente 9 kg por cada kilogramo de agua). Además, el óxido de difenilo , una mezcla de difenilo (75% de óxido de difenilo y 25% de difenilo ), antimonio , silicio , bromuros de aluminio , etc., se propusieron como sustancias de trabajo para la parte superior del ciclo binario , pero no fueron ampliamente utilizados. ${\ estilo de visualización {\ ce {(C6H5) 2O))}$ ${\ estilo de visualización {\ ce {C12H10}}}$ ${\ estilo de visualización {\ ce {SbBr3}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {SiBr4}}}$ ${\ estilo de visualización {\ ce {Al2Br3}}}$

El Pauzhetskaya GeoPP , el más antiguo de Rusia y la URSS , utiliza un ciclo binario desde 2012: el circuito de alta temperatura es agua, el circuito de baja temperatura es freón R134A ( tetrafluoroetano ). El uso del ciclo binario aumentó la capacidad de la planta de energía en 2,5 MW, o 20% [2] [3]

El ciclo binario se puede atribuir al uso de una solución de agua y amoníaco en lugar de agua en GeoTPP . Esto no solo aumenta la producción del GeoTPP en aproximadamente un 10%, sino que también puede reducir significativamente las características de peso y tamaño de la turbina de vapor [4] .

eficiencia del ciclo

\eta ={\frac {m_{p}l^{1}+l^{2}}{m_{p}q_{1}^{1}+q_{1}^{2}}}

Dónde:

$m_{p}$ - consumo del cuerpo 2, teniendo en cuenta la multiplicidad del consumo del cuerpo 1 en relación al cuerpo 2;
${\ estilo de visualización {l^{1))}$ y - trabajo realizado con los fluidos de trabajo primero y segundo en los ciclos respectivos. ${\ estilo de visualización {l^{2))}$
${\ estilo de visualización {q_{1}^{1}}}$ y - la cantidad de calor suministrado en los respectivos ciclos. ${\ estilo de visualización {q_{1}^{2))}$

Notas

↑ 11.6. Ciclos binarios . Consultado el 4 de octubre de 2018. Archivado desde el original el 4 de octubre de 2018. (indefinido)
↑ Pauzhetskaya GeoPP en Kamchatka aumentará la capacidad en 2,5 MW para finales de 2012 // Fuentes de energía alternativas // Noticias | Neftegaz.RU . Consultado el 5 de octubre de 2018. Archivado desde el original el 5 de octubre de 2018. (indefinido)
↑ noticias sobre energías alternativas: En la estación geotérmica de Pauzhetskaya (Kamchatka), probaron una instalación doméstica con ciclos binarios de producción de energía . Consultado el 5 de octubre de 2018. Archivado desde el original el 5 de octubre de 2018. (indefinido)
↑ Copia archivada . Consultado el 4 de octubre de 2018. Archivado desde el original el 4 de octubre de 2018. (indefinido)

Literatura

VIRGINIA. Kirillin "Termodinámica técnica" M.: Energoatomizdat 1983.