Investigación

Fugas de calor y aprovechamiento de efluentes en la optimización de ciclos Brayton totalmente irreversibles

C.A. Herrera, M.E. Rosillo y L. Castaño

Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad del Valle, A.A. 25 360, Cali – Colombia, Fax:+572–339–7264, e–mail: cherrera@univalle.edu.co

Recibido el 31 de agosto de 2007
Aceptado el 1 de febrero de 2008

Resumen

En este trabajo se realiza optimización de máxima potencia y mínima generación de entropía sobre un modelo totalmente realista de un ciclo Brayton (maquinas irreversibles, flujos disipativos, consumo de potencia en todo trasiego de fluídos, transmisiones de calor a gradientes de temperatura finitos, fugas de calor, desaprovechamiento de efluentes, restricciones en caídas de presión y tamaño de intercambiadores). A manera de ejemplo se presenta un caso de estudio, en el cual, para unos parámetros de funcionamiento dados y variables dentro de rangos típicos, se determinan los conjuntos de valores optimizantes para las funciones objetivo, y se analiza la influencia de las fugas y del nivel de aprovechamiento de la exergía de los efluentes sobre estos conjuntos y sobre el comportamiento general del sistema. Los resultados obtenidos muestran comportamientos difícilmente predecibles. Este artículo ilustra un procedimiento implementable en computadora y que permite hacer evaluación de sistemas existentes y mejoramiento de diseños.

Descriptores: Ciclo Brayton irreversible; optimización termodinámica; exergía; mínima generación de entropía.

Abstract

Optimization of maximum power and minimum rate of entropy generation is performed on a complete and realistic Brayton cycle–irreversible components, dissipative flows, power consumption on fluids movement, heat exchange through finite temperature gradients, heat leaks, and effluents unrecovered exergy–. The sets of values that produce optimum objective results are determined using fixed design parameters and variables under typical operational ranges. This work analyzes the heat leaks and effluents exergy recovery level on the optimizing set and on the system behavior. An illustrative example is presented as a study case, showing difficult–to–predict performances. This article illustrates a method which can be implemented in a computer and allows to asses existing systems and upgrade designs.

Keywords: Irreversible Brayton cycle; thermodynamic optimization; exergy; maximum power; minimum entropy generation.

PACS: 89.30.–g

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Agradecimientos

Los autores presentan especial agradecimiento a la Universidad del Valle por el apoyo financiero dado a través del proyecto No CI–2451.

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