¿Por qué el tramo de la turbina es vertical en T–s?

La turbina ideal se modela como una expansión adiabática reversible (isentrópica): la entropía específica es constante y la temperatura baja. En el plano s–T eso es un segmento vertical.

¿Por qué el P–v parece un «rectángulo sesgado»?

El volumen específico del líquido casi no cambia en la bomba; el del vapor es mucho mayor. El croquis subraya ese contraste; los cálculos de la central se hacen con tablas de vapor.

¿Es correcta la estimación de η a partir del diagrama?

No: es una razón tosca sobre un polígono esquemático en coordenadas T–s normalizadas. El rendimiento real se calcula con entalpías de las tablas y con las irreversibilidades de la turbina y de la bomba.

Ciclo de Rankine

Diagrama T–s con la cúpula de vapor y un P–v esquemático: bomba, caldera, turbina, condensador; controles de la calidad x₄ y de las presiones.

Sobre el modelo

El ciclo de Rankine ideal describe una central de vapor: la bomba comprime el agua de alimentación hasta la presión de la caldera (pequeño aumento de entalpía), el calor se aporta a presión casi constante (precalentamiento, evaporación bajo la cúpula de vapor y, si hace falta, sobrecalentamiento), en la turbina el vapor se expande isentrópicamente (en T–s, un vertical) y en el condensador el calor se extrae a baja presión, por lo general hasta líquido saturado. La cúpula es esquemática: las presiones normalizadas del condensador y de la caldera fijan los niveles de saturación; la calidad x₄ a la salida de la turbina fija la entropía de la expansión. El segundo modo es un ciclo P–v cualitativo con los mismos controles. La estimación de η a partir del diagrama es ilustrativa y no sustituye el cálculo con tablas de vapor.

Para quién: Termodinámica de ingeniería: planta de vapor, diagramas T–s y P–v.

Conceptos clave

ciclo de Rankine
diagrama T–s
cúpula de vapor
calidad del vapor
aporte de calor isobárico
expansión isentrópica
condensador

Cómo funciona

Ciclo de Rankine ideal de una turbina de vapor: el líquido se comprime con la bomba (pequeño aumento de T y de h); en la caldera el agua se calienta y se evapora a presión casi constante (en T–s, bajo la cúpula, un horizontal, y luego sobrecalentamiento hacia arriba y a la derecha); en la turbina el vapor se expande a entropía constante (vertical en T–s); en el condensador se extrae calor a la presión del condensador. Las coordenadas están normalizadas para la forma, no según tablas de vapor de agua.

Fórmulas principales

Ideal: q_ent = h₃ − h₂, q_sal = h₄ − h₁, w_t = h₃ − h₄, w_b = h₂ − h₁ · η = w_neto / q_ent

Turbina isentrópica: s₃ = s₄ · Vapor húmedo a la salida: s₄ = (1−x₄) s_f + x₄ s_g a ṕ_cond

Preguntas frecuentes

¿Por qué el tramo de la turbina es vertical en T–s?: La turbina ideal se modela como una expansión adiabática reversible (isentrópica): la entropía específica es constante y la temperatura baja. En el plano s–T eso es un segmento vertical.
¿Por qué el P–v parece un «rectángulo sesgado»?: El volumen específico del líquido casi no cambia en la bomba; el del vapor es mucho mayor. El croquis subraya ese contraste; los cálculos de la central se hacen con tablas de vapor.
¿Es correcta la estimación de η a partir del diagrama?: No: es una razón tosca sobre un polígono esquemático en coordenadas T–s normalizadas. El rendimiento real se calcula con entalpías de las tablas y con las irreversibilidades de la turbina y de la bomba.

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