1. Introducción

“Todo gran poder viene de una gran caldera.” — Tío Ben (versión ingenieril)

El ciclo Rankine es el corazón de la mayoría de las centrales eléctricas a vapor. Mientras el Otto y el Diesel rugen bajo el cofre de tu coche, el Rankine susurra—o más bien silba—dentro de turbinas que iluminan ciudades enteras. Aquí vamos a desmenuzarlo paso a paso, sin perder el sentido del humor (ni la rigidez matemática).

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2. Ingredientes básicos

Necesitaremos además recordar:

• Primera ley: \( \Delta h = q - w \)
• Trabajo isentrópico: procesos adiabáticos reversibles ⇒ \(s = \text{cte}\)
• Propiedades de agua/vapor (tablas o software—no las incluyo para no romper Internet).

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3. El ciclo ideal — versión playlist de 4 tracks 🎧

En el diagrama \(T\!-\!s\):

1 → 2 (Isentrópica, bomba) El agua líquida comprimida sube de \(P_1\) a \(P_2\) casi sin cambiar de \(T\). \[ w_{12} \approx v_1 (P_2 - P_1) \]

2 → 3 (Calentamiento a presión constante) Pasa por la caldera: de subenfriada a mezcla y después a vapor sobrecalentado. \[ q_{23} = h_3 - h_2 \]

3 → 4 (Isentrópica, turbina) El vapor se expande haciendo trabajo mecánico: \[ w_{34} = h_3 - h_4 \]

4 → 1 (Condensación a presión constante) Se rechaza calor al ambiente hasta volver a líquido saturado: \[ q_{41} = h_4 - h_1 \]

A continuación se muestran los diagramas \(T\!-\!s\) y \(P\!-\!v\) para visualizar las cuatro etapas.

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4. Eficiencia térmica

La eficiencia ideal del ciclo es:

\[ \eta_{\text{Rankine}} = \frac{W_\text{neto}}{Q_{\text{entrante}}} = \frac{(h_3 - h_4) - (h_2 - h_1)}{h_3 - h_2} \]

Dato curioso 🎸: La banda argentina “Los Rankinos” (ficticia, sorry) nombró su álbum Entalpía máxima en honor a esta ecuación. ¡Thermo‑rock!

Para mejorar \(\eta\):

• Aumenta \(T_3\) usando vapor sobrecalentado (pero cuida los materiales).
• Reduce \(P_4\) con un condensador más “frío” (límites prácticos ≈ vacío parcial).
• Agrega regeneración o recalentamiento—¡tema para otro post!

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5. Ejemplo numérico lightning ⚡

Supón:

• \(P_1 = 10\ \text{kPa}\), \(T_1 = 45,^\circ\text{C}\)
• \(P_2 = 8\ \text{MPa}\), \(T_3 = 480,^\circ\text{C}\).

A partir de tablas:

Cálculos: \[ \begin{aligned} w_{b} &= h_2 - h_1 = 2\ \text{kJ kg}^{-1} \\ w_{t} &= h_3 - h_4 = 1170\ \text{kJ kg}^{-1} \\ q_{in} &= h_3 - h_2 = 3137\ \text{kJ kg}^{-1} \\ \eta &= \frac{w_t - w_b}{q_{in}} \approx 0.37\ (37\%) \end{aligned} \]

Nada mal, pero siempre hay espacio para subir el volumen.

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6. Limitaciones y vida real

• Irreversibilidades: fricción, caídas de presión, no-adiabaticidad.
• Calidad del vapor: demasiada humedad → erosión de álabes.
• Impacto ambiental: consumes agua y expulsas calor; los ciclos híbridos con energía solar o biomasa están a la moda.

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7. Conclusión

El ciclo Rankine es como el saxofón en una big‑band: puede parecer clásico, pero sin él la orquesta energética estaría perdida. Próximo episodio: super‑Rankine con recalentamiento y regeneración—para que tu planta eléctrica cante en do mayor. 🎷

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🔍 Para ver cómo se trazan estos ciclos en un diagrama P‑V, echa un ojo a Cómo leer un diagrama P‑V: el mapa secreto de la potencia