Ciclos Rankine con fluido orgánico

El cíclo orgánico de Rankine (en inglés, organic Rankine cycle u ORC) es un modelo de predicción del desempeño de un sistema de turbinas de vapor que utiliza un fluido orgánico de alta masa molecular con un cambio de fase líquido a vapor o punto de ebullición que tiene lugar a temperaturas más bajas que el cambio de fase de agua a vapor.

Proceso

El proceso del OCR es similar al ciclo básico de Rankine pero en vez de agua utiliza un aceite orgánico o fluido orgánico en una caldera de baja temperatura como fluido intermedio.

La temperatura de operación está entre 70 ºC y 300 ºC. Debido a las propiedades físicas del fluido orgánico, la expansión del vapor saturado no conduce a la zona de vapor húmedo, sino que queda en la zona de vapor sobrecalentado.

Para incrementar la eficiencia puede utilizarse un regenerador entre la turbina y el condensador para precalentar el aceite orgánico. Además, puede utilizarse un economizador para recuperar el calor de los gases de escape de la caldera. Gracias a las bajas temperaturas, el aceite orgánico puede calentarse directamente en una caldera.

Puesto que no se requiere una caldera de vapor, los costes de inversión y mantenimiento son considerablemente menores que en plantas de vapor. Otra ventaja frente a las turbinas de vapor convencionales es la posibilidad de operar a cargas parciales en un rango entre el 30 % y el 100 % de plena carga. Los ORC son bien conocidos para aplicaciones geotérmicas, pero hay pocas aplicaciones de combustión de biomasa.

Los científicos de la Universidad de Beijing, gracias a su publicación en la revista especializada en Energies", J. Zhang , J. F. , Y. Zhou , F. Fang y H. Yue. Crean una investigación sobre este ciclo, en donde explican la recuperación de calor gracias a la aplicación orgánica del ciclo Rankine. Esta aplicación de un fluido orgánico, promueve una alternativa muy interesante a los combustibles fósiles por muchos motivos, fundamentalmente porque se trata de un combustible renovable, gestionable, económico, ecológico y autóctono (llamado también como uso de Enertime, en donde concibe, desarrolla y pone en ejecución módulos a Ciclo Orgánico de Rankine (Organic Rankine Cycle) para la producción de energía renovable de generación de potencia. Sus maquinarias de aplicación tecnológica, permiten transformar fuentes de calores bajos y media temperatura en electricidad.

El otro gran reto se encuentra en el acople, entre la fuente de energía térmica y el ORC. En distintos países, como Colombia. Este tipo de tecnología está tratando de incursionarse a nivel industrial y mundial. El doctor R. Vásquez (28 de marzo de 2013) menciona que en distintos casos los centros de investigaciones, son quienes están tropicalizando y adaptando la tecnología con miras a la disminución de costos de inversión por medio de la fabricación de partes en el mercado local y trabajando en la integración de la tecnología con diferentes fuente de calor para hacer de ésta una solución robusta y viable.

Las plantas instaladas tienen potencias entre 300-400 kWe, aunque hay equipos de hasta 1 MWe. Los costes de inversión son similares o ligeramente superiores a una planta de vapor. Sin embargo, el aumento del número de instalaciones podría lograr una reducción de los costes de producción.