Mezclas binarias de dióxido de carbono en estado supercrítico aplicadas a ciclos de potencia Brayton s-CO₂ con recompresión integrados en plantas de energía solar térmica

Abstract

En este trabajo se realiza una evaluación y cuantificación del impacto del uso de mezclas basadas en dióxido de carbono supercrítico “s-CO₂” (s-CO₂/COS, s-CO₂/H₂S, s-CO₂/NH₃, s-CO₂/SO₂) como fluido de trabajo en configuraciones de ciclos de potencia Brayton s-CO₂ de re-compresión, tanto simples como complejas, que presentan caídas de presión en sus componentes. Estos ciclos se acoplan a una planta termo solar con tecnología de colectores cilindro parabólicos (PTC). La metodología empleada para el cálculo del desempeño consiste en establecer valores de la conductancia total del recuperador de calor (UA_total) entre 5 y 25 MW/K. La principal conclusión del trabajo es que la eficiencia del ciclo mejora al utilizar mezclas de s-CO₂ como fluido de trabajo, en comparación con los resultados obtenidos al emplear el fluido estándar (s-CO₂ puro). Asimismo, se realiza un análisis tecno económico en el que se comparan los costos de cada configuración utilizando como fluido de trabajo s-CO₂ puro y una mezcla s-CO₂/COS con fracción molar (70/30), obteniéndose resultados relevantes. Los resultados muestran que la mejor configuración en términos de eficiencia térmica y costo es la RCC-RH para s-CO₂ puro, con valores de 41,25 % y 2811 $/kWe, respectivamente; mientras que para la mezcla s-CO₂/COS, la configuración óptima es la RCC-2RH, con valores de 45,05 % y 2621 $/kWe. El uso de la mezcla representa un costo 6,75 % menor en comparación con el empleo del fluido estándar (s-CO₂).