Modelización, análisis y optimización termodinámica de plantas de potencia multietapa tipo Brayton. Aplicación a centrales termosolares

Resumen

Se ha desarrollado un marco teórico muy versátil y flexible de una turbina de gas tipo Brayton irreversible, multietapa y regenerativa que permite obtener los parámetros de salida y optimizar plantas de potencia pudiéndose aplicar a gran variedad de plantas. El modelo incorpora las principales fuentes de irreversibilidad que afectan a una planta real, tanto las irreversibilidades externas que incluyen las pérdidas en los intercambiadores de calor a través de los que el sistema interacciona con la fuente caliente y el medio ambiente, como las irreversibilidades internas considerando el comportamiento no ideal de turbinas y compresores, las caídas de presión inevitables en los procesos de absorción y cesión de calor, las pérdidas en el regenerador y la transferencia de calor directa, a través de la propia planta, desde la fuente caliente a la fría. El modelo se puede configurar con un número arbitrario de compresores y turbinas (simétrico o no) con los correspondientes procesos de refrigeración y recalentamiento intermedios. Se han obtenido ecuaciones explícitas para los calores de entrada y salida de la planta permitiendo obtener el rendimiento termodinámico, la potencia u otras funciones con el objetivo de optimizar el sistema con el criterio correspondiente. Considerando todas las irreversibilidades podemos calcular numéricamente los calores, comparar con plantas experimentales, llevar a cabo estudios de sensibilidad y predecir los valores óptimos de las variables termodinámicas de diseño básicas de las plantas reales. Por último se ha realizado la modelización y optimización, desde el punto de vista termodinámico, de plantas de potencia combinadas (termosolares) en las que un concentrador solar actúa como foco caliente para una turbina de gas tipo Brayton multietapa, regenerativa y considerando todas las irreversibilidades.