Evaluación del impacto termodinámico, exergético y ambiental del ciclo Brayton S-CO2 acoplado con ORC como ciclo de fondo

Abstract

En este artículo se llevó a cabo una evaluación termodinámica, exergética y de impacto ambiental de un ciclo Brayton S-CO2 acoplado a un ciclo Rankine orgánico (ORC) como ciclo de fondo para evaluar los parámetros de rendimiento y los posibles impactos ambientales del sistema combinado. Las variables de rendimiento estudiadas fueron la potencia neta, la eficiencia térmica y exergética, y el consumo específico de combustible (BSFC) en función de la variación de la temperatura de entrada de la turbina (TIT) y la alta presión (PHIGH), parámetros operativos relevantes del ciclo Brayton S-CO2. Los resultados mostraron que la turbina principal (T1) y la turbina secundaria (T2) del ciclo Brayton S-CO2 presentaron eficiencias exergéticas más altas (97%) y un mejor comportamiento térmico y exergético en comparación con los demás componentes del sistema. En cuanto a la destrucción de exergía, se observó que los intercambiadores de calor del sistema presentaban la mayor destrucción de exergía como consecuencia de la gran diferencia de temperatura media entre el dióxido de carbono, el aceite térmico y el fluido orgánico, y por lo tanto, este equipo presenta las mayores irreversibilidades de transferencia de calor del sistema. Asimismo, mediante el análisis del ciclo de vida, se evaluó el impacto ambiental potencial del sistema para proponer un diseño térmico acorde con los objetivos de desarrollo sostenible. Por consiguiente, se obtuvo que T1 era el componente con un impacto ambiental más significativo, con un valor máximo de 4416 Pts cuando se selecciona el cobre como material del equipo.