Fecha límite para el envío de resumenes: 21/Abril/2024

El incremento de la población tiene como consecuencia una mayor demanda de energía, esto motiva a investigar para mejorar las tecnologías de generación de energía de manera eficiente, segura y de bajo costo. Actualmente las tecnologías para generar energía eléctrica se basan en los ciclos Brayton y Rankine, que utilizan como fluido de trabajo aire y vapor de agua. Sin embargo, estas tecnologías ocupan equipos que no son compactos y dependen de combustibles fósiles. En contraste, la turbina de gas de ciclo cerrado puede emplear fuentes de calor, como la nuclear, solar o el calor residual de otros procesos y pueden utilizar fluidos de trabajo como el dióxido de carbono, helio y otros gases nobles. El ciclo Brayton con helio (He) ha sido implementado en plantas como La Fleur (USA, 1962), Oberhausen II (Alemania, 1974) y la Planta de prueba de helio de alta temperatura (Alemania, 1996); y se considera en futuras centrales nucleares refrigeradas por helio. El ciclo Brayton con dióxido de carbono supercrítico (S-CO2) se destaca por su seguridad, bajo impacto ambiental, integración en equipos compactos y costo reducido. El CO2 cerca del punto crítico tiene una densidad 563% mayor que la del aire, lo que reduce el trabajo requerido por el compresor. Además, el CO2 cerca del punto crítico y el He, tienen un calor específico 300% y 400% superior al aire, lo que reduce el área de transferencia de calor de los intercambiadores de calor, y por ende, el costo y tamaño de los equipos. Se han estado realizando estudios a estos sistemas, Manjunath K. y col realizaron un análisis termodinámico a un ciclo de potencia de S-CO2 que recupera el calor residual de una turbina de gas y utiliza como enfriamiento un ciclo transcrítico de CO2; determinaron que, para una carga térmica de 892 toneladas de refrigeración (TR) y con un coeficiente de operación (COP) de 2.75, la potencia motor generada y la eficiencia térmica aumentan en 18% y 11%, respectivamente. Por otro lado, Vedran M., y col. presentaron un análisis termodinámico a una turbina de gas de ciclo cerrado de He (Oberhausen II) de 56 MW que opera a cuatro cargas parciales de potencia de 45%, 65%, 75% y 100%. Se encontró que, al incrementar la eficiencia isoentrópica de la turbina de alta presión en un 1%, la eficiencia térmica aumenta 0.35%, en promedio en todas las cargas parciales. En este trabajo se considera: operación en estado estable, sin cambios en la energía cinética y potencial, compresor y turbina adiabáticos, sin pérdidas de presión, eficiencia isoentrópica de compresión y expansión de 0.9 y 0.95. El ciclo Brayton cerrado con recuperación de calor, aprovecha el calor residual de los gases de escape de una turbina de gas, transfiriéndolo al fluido de trabajo (He o S-CO2) en un intercambiador de calor (IC) para alcanzar una temperatura a la entrada de la turbina (T) de 548.5°C. Al expandirse el fluido de trabajo, genera potencia para el compresor (C) y el generador eléctrico (GE). El calor residual del fluido es aprovechado en un recuperador de calor (RC) con una eficacia de 80%, para precalentar la corriente antes de entrar al IC. Posteriormente, el fluido pasa por un enfriador (ENF) de agua a contracorriente, disminuyendo la temperatura del fluido antes de entrar al C y aumentar la presión con una relación de presiones de 2.7. A la salida del C, el fluido entra al RC para elevar su temperatura a las condiciones requerida a la entrada del IC, completando el ciclo. En este trabajo se presenta un análisis energético comparativo a un ciclo Brayton cerrado con reparación de calor con S-CO2 y He. El ciclo con S-CO2 muestra un flujo másico, potencia motor generada y eficiencia térmica mayor en un 326.96%, 8.27% y 25.59%, en comparación al ciclo con He. Sin embargo, el RC y el ENF del tienen un área de transferencia de calor menor 15.02% y 65.507%, del He con respecto al S-CO2.

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