Ciclo brayton de S-CO₂ acoplado con almacenamiento térmico de sales fundidas: análisis comparativo de energía, exergía y dimensionamiento

Abstract

En el contexto de los sistemas centrales de receptores solares, la utilización de ciclos Brayton de CO₂ supercrítico en lugar de ciclos Rankine ofrece varias ventajas, como una mayor eficiencia, la necesidad de turbomáquinas menos sofisticadas y una reducción del consumo de agua. Un aspecto fundamental en el diseño de estos sistemas es el sistema de almacenamiento térmico. Este trabajo realiza un análisis comparativo del rendimiento de un ciclo Brayton de CO₂ supercrítico que utiliza dos tipos distintos de sales fundidas, sales solares y sales de cloruro (MgCl₂ – KCl), como fluido de transferencia de calor en el medio de almacenamiento de energía térmica. El presente estudio adopta una perspectiva energética y exergética con el objetivo de identificar áreas de alta irreversibilidad y proponer mecanismos para reducirlas. El trabajo concluye con un análisis del tamaño de los diferentes componentes. La eficiencia energética global se determina en 22,29 % y 23,76 % para las sales solares y de cloruro, respectivamente. En el caso de las sales de cloruro, esta eficiencia se ve penalizada por las mayores pérdidas en el receptor solar debido a la mayor temperatura de funcionamiento. El análisis de exergía muestra que el uso de sales de MgCl₂ – KCl aumenta la destrucción de exergía en los recuperadores, reduciendo las irreversibilidades en otros componentes. Si bien el tamaño de todos los componentes disminuye al usar sales de cloruro, el volumen del sistema de almacenamiento aumenta. Estos resultados demuestran que la incorporación de sales de MgCl₂ – KCl mejora el rendimiento de los ciclos de recompresión de S-CO₂ que operan junto con un receptor solar central.