Análisis de entropía de nuevas configuraciones propuestas del ciclo Brayton para centrales termosolares

Abstract

El presente trabajo se guía por dos objetivos principales. En primer lugar, se evaluarán configuraciones novedosas e innovadoras del ciclo Brayton de s-CO₂, incluyendo el enfriamiento parcial con recompresión y el enfriamiento intermedio del compresor principal (PCRCMCI), PCRCMCI-RH (con recalentamiento) y PCRCMCI-2RH (con doble recalentamiento). Se espera que estas últimas configuraciones aumenten la eficiencia en comparación con el enfriamiento parcial con recompresión (PCRC). En segundo lugar, se evaluará el impacto de tres mezclas basadas en CO₂ ( CO₂ / C₂H₆, CO₂ / CH₄ y CO₂ / Kr ) en la eficiencia de los ciclos novedosos propuestos. Cuando la mezcla alcanza la eficiencia óptima, este valor aumenta entre 0,2 y 2,4 puntos porcentuales en comparación con el uso de s-CO₂ puro como fluido de trabajo. Se determinó que el fluido de trabajo más eficiente es aquel compuesto por s-CO₂ y etano en una fracción molar de 0,30/0,70, con un valor de eficiencia del 51,3 % para la configuración PCRCMCI-2RH. La mezcla compuesta por s-CO₂ y metano con una fracción molar de 0,70/0,30 fue la segunda más eficiente, con una eficiencia térmica del 50,5 % para la configuración PCRCMCI-2RH. El estudio concluyó con un análisis comparativo de la eficiencia exergética del s-CO₂ puro y las mezclas de s-CO₂ en dos topologías (PCRCMCI y PCRCMCI-2RH). Los resultados del estudio demostraron que las mezclas de s-CO₂ exhibieron la capacidad de mejorar la eficiencia exergética hasta en 5,6 puntos porcentuales. Además, se concluyó que la optimización de las propiedades de transferencia de calor y el diseño de equipos en consecuencia tienen el potencial de mejorar la eficiencia en la infraestructura de campos solares. Este hallazgo sugiere que las mezclas de s-CO2 podrían desempeñar un papel fundamental en el desarrollo de los sistemas energéticos de próxima generación.