En el artículo de hoy, exploraremos cómo funciona una central eléctrica de ciclo Kalina y por qué tiene una mayor eficiencia térmica en comparación con los ciclos de las centrales eléctricas convencionales. Comencemos por entender la principal diferencia entre un ciclo convencional y un ciclo Kalina.
El fluido de trabajo
Un ciclo convencional utiliza un solo fluido como fluido de trabajo, mientras que un ciclo Kalina utiliza una mezcla de dos fluidos. La mezcla más utilizada en un ciclo Kalina es agua y amoníaco. Esta elección de un fluido de trabajo mixto proporciona varias ventajas en términos de eficiencia.
Diferencias de temperatura y presión
Cuando comparamos los diagramas de temperatura-presión de un ciclo Rankine convencional y un ciclo Kalina, podemos observar una diferencia significativa. En un ciclo Rankine, la temperatura permanece constante durante la transformación de fases, tanto durante la adición de calor como en el condensador. Sin embargo, en un ciclo Kalina, la temperatura cambia incluso durante el cambio de fase.
Durante la adición de calor, la temperatura aumenta y durante la expulsión de calor, disminuye. Este cambio de temperatura es posible gracias al uso de un fluido de trabajo mixto en el ciclo Kalina.
El impacto en la eficiencia térmica
Estas diferencias de temperatura tienen un impacto crucial en la eficiencia térmica del ciclo. Según la fórmula de eficiencia de Carnot, la eficiencia de un motor puede aumentar cuando la temperatura en el lado de expulsión de calor disminuye o cuando la temperatura en el lado de adición de calor aumenta. Utilizando las temperaturas promedio de adición y rechazo de calor para ambos ciclos, podemos comparar las eficiencias.
Las temperaturas promedio de rechazo de calor y adición de calor para un ciclo de Rankine son relativamente cercanas entre sí. Por otro lado, para un ciclo Kalina, existe una diferencia significativa entre la temperatura promedio de absorción de calor y la temperatura promedio de rechazo de calor. Esta diferencia conduce a una eficiencia térmica mucho mayor para el ciclo Kalina.
Implementación en una Central Eléctrica
Ahora, comprendamos cómo se implementa un ciclo de Kalina en una planta de energía real. La central eléctrica de ciclo simplificado Kalina consta de cuatro componentes principales: una turbina de vapor, un condensador, un compresor y una caldera. El fluido de trabajo se expande a través de la turbina, generando energía.
Sin embargo, el principal desafío en un ciclo Kalina está en el condensador. Después de la turbina, el fluido de trabajo tiene una alta concentración de amoníaco. Según el diagrama de fases, cuando la concentración de amoníaco es alta, la temperatura de condensación es muy baja. Por lo tanto, condensar dicho fluido requiere temperaturas extremadamente bajas, lo cual no es práctico.
Para superar este problema, se utiliza un dispositivo separador para separar el fluido de trabajo en una mezcla pobre y una mezcla rica. La mezcla pobre, con menor concentración de amoniaco, se mezcla con el fluido de salida de la turbina de vapor. Esta mezcla se puede condensar utilizando un suministro regular de agua de refrigeración. Luego, la mezcla rica del separador se mezcla con la corriente entrante para recuperar la concentración de amoníaco original.
Otro componente importante de la central eléctrica de ciclo Kalina es el intercambiador de calor del recuperador. Este intercambiador de calor transfiere una cierta cantidad de calor desde el punto de alta temperatura después de la turbina al punto de baja temperatura antes del condensador. Al utilizar esta transferencia de calor, se mejora aún más la eficiencia térmica del ciclo Kalina.
Todos estos factores contribuyen a hacer del ciclo Kalina una tecnología de central eléctrica del futuro, con mayor eficiencia térmica en comparación con los ciclos convencionales.
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