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
]]>DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF
Agradecimientos
Los autores presentan especial agradecimiento a la Universidad del Valle por el apoyo financiero dado a través del proyecto No CI–2451.
Referencias
1. C.A. Herrera, J. Sandoval y M. Rosillo, J. Phys. D: Appl. Phys 39 (2006) 3414. [ Links ]
2. J. Chen, J. Phys. D: Appl. Phys 27 (1994) 1144. [ Links ]
3. C.Y. Cheng y C.K. Chen Energy 21 (1996) 241. [ Links ]
4. S. Özkaynak, S. Göktun y H. Yavuz, J. Phys. D: Appl. Phys 27 (1994) 1139. [ Links ]
5. G. Aragón–González, A. Canales–Palma y A. León–Galicia, J. Phys. D: Appl. Phys 33 (2000) 1403. [ Links ]
6. P. Salamon, K.H. Hoffmann, S. Schubert, R.S. Berry y B. Andresen, J. Non–Equilib. Thermodyn. 26 (2001) 73. [ Links ]
7. A. Bejan, Entropy generation through heat and fluid flow (New York: John Wiley and Sons Inc., 1982). [ Links ]
8. A. Bejan, Entropy generation minimization (New York: CRC Press, 1996). [ Links ]
9. A. Bejan, Advanced engineering thermodynamics, 2nd ed. (New York: John Wiley and Sons Inc., 1997). [ Links ]
10. B. Sahin, A. Kodal y H. Yavuz, J. Phys. D: Appl. Phys 28 (1995) 1309. [ Links ]
11. B. Sahin, A. Kodal, T. Yilmaz y H. Yavuz, J. Phys. D: Appl. Phys 29 (1996) 1162. [ Links ]
12. L. Chen, J. Zheng, F. Sun y C. Wu, J. Phys. D: Appl. Phys 34 (2001a) 1727. [ Links ]
13. L. Chen, J. Zheng, F. Sun y C. Wu, J. Phys. D: Appl. Phys 34 (2001b) 422. [ Links ]
14. L. Chen, J. Zheng, F. Sun y C. Wu, Exergy an International Journal 2 (2002) 345. [ Links ]
15. J.M.M. Rocco, S. Velasco, A. Medina y A. Calvo Hernandez, J. Appl. Phys. 82 (1997) 2735. [ Links ]
16. G. Aragón–González, A. Canales–Palma, A. Leon–Galicia y M. Mucharrafie–Martinez, J. Phys. D: Appl. Phys 36 (2003) 280. [ Links ]
17. F. Angulo–Brown, J. Appl. Phys. 69 (1991) 7465. [ Links ]
18. Z. Yan, J. Appl. Phys. 73 (1993) 3583. [ Links ]
19. C.Y. Cheng y C.K. Chen, J. Phys. D: Appl. Phys 30 (1997) 1602. [ Links ]
20. C.Y. Cheng y C.K. Chen, Energy Convers. Manage. 39 (1998) 33 [ Links ]
21. C.Y. Cheng y C.K. Chen, J. Phys. D: Appl. Phys 32 (1999) 350. [ Links ]
22. F. Angulo–Brown, L. Arias–Hernandez y R.A. Paez–Hernandez, J. Phys. D: Appl. Phys 32 (1999) 1415. [ Links ]
23. F. Angulo–Brown, G. Ares de Parga y L.A. Arias–Hernandez, J. Phys. D: Appl. Phys 35 (2002) 1089. [ Links ]
24. Y.C. Huang, C.I. Hung y C.K. Chen, En: CSME Proceedings of the 14th National Conference on Mechanical Engineering, Taiwan (1997) 288. [ Links ]
25. Y. Ust, A. Safa y B. Sahin Appl. Energ. 80 (2005) 247. [ Links ]
26. Y. Ust, B. Sahin, A. Kodal y I. Hakki Akcay, Appl. Energ. 83 (2006a) 558. [ Links ]
27. Y. Ust, B. Sahin y A. Kodal, Int J Therm Sci 45 (2006b) 94. [ Links ]
28. P. Salamon, R.S. Berry y G. Heal, Resour Energ 1 (1978) 125. [ Links ]
29. P. Salamon y A. Nitza J Chem Phys 74 (1981) 3546. [ Links ]
30. L. Chen, F. Suny C. Wu, Appl Energ 79 (2004) 15. [ Links ]
31. J.B. Woodward, J Energ Resour–Asme 117 (1995) 343. [ Links ]
32. C.K. Chen y Y.F. Su, Int J Therm Sci Sciences 44 (2005) 303. [ Links ]
33. L. Chen, W. Wang, F. Sun y C. Wu, Peformance of a variable–temperature heat reservoirs endoreversible closed intercooled regenerated Brayton cycle. Cap. 15 en L. Chen, F. Sun editors. Advances in finite–time thermodynamics. New York: Nova Science Publishers. 2004 [ Links ]
34. L. Chen, C. Wuy F. Sun J. Non–Equilib. Thermodyn. 24 (1999) 327. [ Links ]
35. A. Durmayaz, O. Salim Sogut, B. Sahin y H. Yavuz, Prog Energ Combust 30 (2004) 175. [ Links ]
36. L. Chen y F. Sun, editors. Advances infinite–time thermodynamics (New York: Nova Science Publishers, 2004). [ Links ]
37. J.M. Gordon, Am. J. Phys. 59 (1991) 551. [ Links ]
38. G. Aragón–González, A. Canales–Palma y A. León–Galicia, J. Phys. D: Appl. Phys 33 (2000) 1403. [ Links ]
39. J.M. Gordon y M. Huleihil, Am. J. Phys. 72 (1992) 829. [ Links ] ]]>