Análisis exérgico y entropía de los ciclos de Brayton del PCRC y RCMCI utilizando mezclas de s-CO2: Estudio de caso: Aplicaciones marinas

Abstract

El ciclo de Brayton que utiliza dióxido de carbono supercrítico (s-CO2) como fluido de trabajo es una tecnología de alta eficiencia que ha sido un estudio para su mejora. El rendimiento de los ciclos lo explica mediante un análisis termodinámico que tiene en cuenta dos aspectos: por un lado, una tendencia general en su comportamiento y, por otro, el efecto de las irreversibilidades, especialmente las irreversibilidades que ocurren en el regenerador. Este estudio se centra en el impacto de mezclas binarias basadas en CO2 puro en la eficiencia térmica de las configuraciones: ciclos de Recompresión con Intercooling del Compresor Principal (RCMCI) y Enfriamiento Parcial con Recompresión (PCRC) en el punto de diseño, considerando las irreversibilidades causadas por cada componente del ciclo. En el ciclo PCRC se consiguen recuperadores de calor de tamaño pequeño y recuperadores de baja temperatura y alta temperatura. La eficiencia en el ciclo RCMCI es mejor debido al bajo trabajo de recompresor. La metodología utilizada en el cálculo del rendimiento de la planta consiste en establecer valores de conductancia total de los recuperadores de calor entre 5 y 20 MW/K. Basándose en el análisis exérgico y de entropía de los ciclos estudiados, se realiza una comparación entre mezclas puras de dióxido de carbono supercrítico y s-CO2 (CO2/CH4, C3H8 y CO2/H2S). Los resultados obtenidos han revelado que las mezclas aumentan la eficiencia térmica en comparación con el fluido estándar en los ciclos estudiados. En configuraciones PCRC, la mezcla que obtiene la mayor eficiencia es la que contiene metano, mientras que en las configuraciones RCMCI es la que contiene sulfuro de hidrógeno. Mientras tanto, en el ciclo RCC, la mezcla con propano es la que tiene mayor eficiencia.