RANKINE (Ciclo de) - Definición - Significado

Ciclo termodinámico de funcionamiento de los motores de vapor. El ciclo teórico se compone de: compresión del líquido, calentamiento del líquido, vaporización y sobrecalentamiento (eventual) del vapor, expansión adiabática y condensación.

El calentamiento, la vaporización y el sobrecalentamiento se desarrollan a la misma presión; la vaporización y la condensación son a temperatura y presión constantes (evidentemente distintas).

Este ciclo tan sólo puede realizarse en máquinas de combustión externa, es decir, máquinas en las que los gases quemados no actúan directamente sobre el primer órgano móvil (pistón o alabe), sino que ceden calor al fluido motor, en esté caso vapor. .

Contrariamente a cuanto sucede en los motores que funcionan según los ciclos Beau de Rochas y Diesel, no todas las fases del ciclo de Rankine tienen lugar en el mismo órgano de la máquina, sino que existe un componente específico para cada una de ellas: bomba de alimentación (compresión del líquido), caldera (calentamiento, vaporización y sobrecalentamiento), motor volumétrico o turbina (expansión) y condensador (condensación). Este último sólo se halla presente si la máquina es de circuito cerrado. En caso contrario, después de la expansión, el vapor se descarga a la atmósfera.

El vapor que sale de la caldera puede ser saturado o sobrecalentado, es decir, puede hallarse a la temperatura de ebullición o bien, tras la vaporización, puede haber experimentado un ulterior calentamiento. En tal caso, se habla más propiamente de ciclo de Hirn.

En el primer caso, la expansión, al tener lugar con vapor húmedo, irá acompañada desde el principio por la formación de gotas de líquido, mientras que en el ciclo con sobrecalentamiento, el inicio de la condensación se produce hacia el final de la expansión.

El rendimiento del ciclo de Rankine depende de las características físicas del fluido que evoluciona en el motor (además de agua, pueden emplearse otras substancias, a condición de que pueda alcanzarse su punto de ebullición), de las presiones dentro de la caldera y del condensador y de la temperatura de sobrecalentamiento.

El rendimiento aumenta al disminuir la presión en el condensador, que debe coincidir con la tensión de vapor a la temperatura de condensación, y por ello encuentra un límite práctico en la temperatura del refrigerante y en las dimensiones del condensador. Para una misma potencia instalada, éste debería poseer una superficie por lo menos doble de la del radiador de un motor de combustión interna, mas, para obtener buenos rendimientos, debería ser mucho mayor.

Presiones mayores en la caldera incrementarán el rendimiento, pero sus efectos son menores que la reducción de la presión en el condensador. Asimismo, el rendimiento aumenta con la temperatura máxima de sobrecalentamiento.

Las diferencias entre el ciclo real y el teórico son distintas según que el motor sea alternativo o de turbina. En el primer caso, existen pérdidas debidas al espacio nocivo y al intercambio de caloí a través de las paredes. En el segundo, las elevadas velocidades del vapor en la máquina causan fenómenos de rozamiento, frecuentemente agravados por la formación de gotas de agua.