Investigación

 

The fundamental optimal relations and the bounds of the allocation of heat exchangers and efficiency for a non-endoreversible brayton cycle

 

G. Aragón-González, A. Canales-Palma, A. León-Galicia, and M. Musharrafie-Martínez

 

Programa de Desarrollo Profesional en Automatización UAM-Azcapotzalco, Av. San Pablo # 180. Col. Reynosa, Azcapotzalco, 02800, México, D.F., Teléfono y FAX: 53 18 90 57; 53 18 90 57, e-mail: gag@correo.azc.uam.mx.

 

Recibido el 17 de febrero de 2004;
aceptado el 21 de septiembre de 2004

 

Abstract

In this paper we analyze a Brayton cycle with external and internal irreversibilities. The external ones come from heat transfer with coun-terflow heat exchangers in the cold and hot sides; the internal irreversibilities are given by the isentropic efficiencies of the compressor and turbine. Optimization is carried out with respect to the pressure ratio and the total inventory of the heat transfer units, using the e-NTU method. We show the analytical expressions for the efficiency that mazimizes work and the optimal allocation (size) of heat exchangers. We also analyze the asymptotic behavior of these expressions. The results obtained extend a Bejan's model and are more general and useful.

Keywords: Thermodynamics Optimization, heat engines, internal and external irreversibilities.

 

Resumen

En este trabajo analizamos un ciclo Brayton con irreversibilidades externas e internas. Las externas provienen de la transferencia de calor mediante intercambiadores de calor de flujo cruzado de los lados frio y caliente; las irreversibilidades internas son producidas por las eficiencias isoentrópicas del compresor y la turbina. La optimización se realiza con respecto a la razón de presiones y al inventario total del número de unidades de trasferencia de calor, empleando el método e-NTU. Mostramos las expresiones analíticas para la eficiencia que maximiza el trabajo y la dimensión óptima de los intercambiadores de calor. También analizamos el comportamiento asintótico de estas expresiones. Los resultados obtenidos extienden un modelo de Bejan y son más útiles y generales.

Descriptores: Optimización termodinámica, máquinas térmicas, irreversibilidades internas y externas.

 

PACS: 44.60.+k; 44-90.+c

 

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