Optimización con el criterio de mínima generación de entropía de un ciclo Brayton no endorreversible con recuperación externa
Con el fin de poder diseñar mejores y más eficientes sistemas, el presente artículo hace una contribución al desarrollo del ciclo Brayton con múltiples irreversibilidades internas y externas, con recuperación externa de energía empleando la termodinámica de tiempo finito y específicamente optimizand...
- Autores:
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Pincay Gordillo, Néstor Arturo
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Con el fin de poder diseñar mejores y más eficientes sistemas, el presente artículo hace una contribución al desarrollo del ciclo Brayton con múltiples irreversibilidades internas y externas, con recuperación externa de energía empleando la termodinámica de tiempo finito y específicamente optimizando el desempeño con el criterio de mínima generación de entropía; el modelo propuesto cuenta con la novedad de dos intercambiadores de calor externos al ciclo, que actúan como recuperadores de energía, uno en la línea de alta HRX, el cual recupera la energía que no fue aprovechada por el fluido de trabajo en el intercambiador HHE o fuente; y el otro en la línea de baja LRX, recuperando la energía que el fluido de trabajo pierde en el sumidero o intercambiador CHE. Dicha energía recuperada es aprovechada por un fluido incompresible, que para el presente artículo se ha tomado como agua y se considera como flujo para proceso. En el análisis del ciclo se han tenido en cuenta irreversibilidades como caídas de presión en tuberías e intercambiadores de calor, diferencias finitas de temperatura y conductancia finita de transferencia de calor (U ⋅ A) lo que constituye un aporte al conocimiento en este campo. Las variables del sistema susceptibles de optimizar fueron relación de presiones del compresor, capacitancia térmica del fluido de trabajo y del fluido de baja temperatura, la razón de calores específicos del fluido de trabajo, la distribución de conductancia térmica total de los intercambiadores propios del ciclo, como los intercambiadores de calor que actúan como recuperadores. La parte numérica se procesó empleando el TOOLBOX de optimización del programa de MATLAB |
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Pincay Gordillo, Néstor Arturo63f68c2947ceea933cca9d1a0c3aefa4Universidad Autónoma de Occidente. Calle 25 115-85. Km 2 vía Cali-Jamundí2019-11-15T13:12:55Z2019-11-15T13:12:55Z201001210777http://hdl.handle.net/10614/11500Con el fin de poder diseñar mejores y más eficientes sistemas, el presente artículo hace una contribución al desarrollo del ciclo Brayton con múltiples irreversibilidades internas y externas, con recuperación externa de energía empleando la termodinámica de tiempo finito y específicamente optimizando el desempeño con el criterio de mínima generación de entropía; el modelo propuesto cuenta con la novedad de dos intercambiadores de calor externos al ciclo, que actúan como recuperadores de energía, uno en la línea de alta HRX, el cual recupera la energía que no fue aprovechada por el fluido de trabajo en el intercambiador HHE o fuente; y el otro en la línea de baja LRX, recuperando la energía que el fluido de trabajo pierde en el sumidero o intercambiador CHE. Dicha energía recuperada es aprovechada por un fluido incompresible, que para el presente artículo se ha tomado como agua y se considera como flujo para proceso. En el análisis del ciclo se han tenido en cuenta irreversibilidades como caídas de presión en tuberías e intercambiadores de calor, diferencias finitas de temperatura y conductancia finita de transferencia de calor (U ⋅ A) lo que constituye un aporte al conocimiento en este campo. Las variables del sistema susceptibles de optimizar fueron relación de presiones del compresor, capacitancia térmica del fluido de trabajo y del fluido de baja temperatura, la razón de calores específicos del fluido de trabajo, la distribución de conductancia térmica total de los intercambiadores propios del ciclo, como los intercambiadores de calor que actúan como recuperadores. La parte numérica se procesó empleando el TOOLBOX de optimización del programa de MATLABIn order to be able to design better and more efficient systems, this article contributes to the development of the Brayton cycle including multiple internal and external irreversibilities, with external energy recovery using finite-time thermodynamics and especially optimizing the performance with the criterion of minimal entropy generated. The model proposed counts on the innovation of two heat exchangers external to the cycle, that act as energy recovery devices, one in the line of high HRX, which recovers the energy that was not well-spent by the fluid used in the exchanger HHE or source; and the other one in the line of low LRX, recovering the energy the fluid loses in the draining well or CHE exchanger. This energy recovered is properly used by an incompressible fluid, that, for this article, it has been taken as water and is it considered as flow in the process. Irreversibilities such as pressure drops within piping and heat exchangers, finite differences of temperature and finite conductance of heat transfer (U ⋅ A) have been taken into account in the cycle analysis, which contributes to the knowledge in this field. The variables of the system susceptible for optimizing were: compressor pressures relation, thermal capacitance of fluid used and the low-temperature fluid, ratio of specific heats of the fluid used, the distribution of total thermal conductance of the exchangers belonging to the cycle, such as the exchangers that work as recovery system. The numerical part was processed using the TOOLBOX of optimization of the program MATLABapplication/pdf14 páginasspaUniversidad Autónoma de OccidenteEl Hombre y la Máquina. Número 34 (enero-junio, 2010); páginas 42-55553442Pincay G., N. A., (2010). Optimización con el criterio de mínima generación de entropía de un ciclo Brayton no endorreversible con recuperación externa. El Hombre y la Máquina, (34), 42-55. http://hdl.handle.net/10614/11500El hombre y la máquina1. Andresen B. and Gordon J.M.,1992. Optimal heating and cooling strategies for heat exchangers design, J. Appl. Physics.,71, 76-79.2. Aragón-González G., Canales-Palma A. León-Galicia. 2002. Dimensión de los intercambiadores de calor y trabajo óptimo de un ciclo Brayton irreversible. SOMIM, 359-365.3. Aragón-González G., Canales-Palma A. León-Galicia. 2000. Maximum irreversible work and effi ciency in power cycles, J. Physics D: Appl. Physis.,33.1403-10.4. Bejan A. 1982. Entropy generation through Heat and Fluid Flow. Wiley, New York.5. Bejan A. 1988 Advanced Engineering Thermodynamics. 2 Edition. John Wiley & Sons, New York.6. Bejan, A., 1996. Entropy generation minimization, CRC Press, Boca Raton FL.7. Bejan, A., Tsatsaronis, G., Mora, M., 1996. Thermal Design & Optimization. Wiley, New York.8. Bejan, A. 1994 Power Generation and refrigeration models with heat transfer irreversibilities. J. 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M., Medina A., White J. A., and Calvo Hernandez A. 2000. Optimization of heat engines including the savin of natural resources and the reduction of thermal pollution. Journal of Physics D: Applied Physics, 33, 355-359.28. Woodward J. b. 1995. Optimal second-law efficiency for a Brayton cycle with an internal heat source. ASME Trans. J. Energy Res. Tech, 117, 343-348.29. Wu and R.L.Kiang.1991. Power performance of nonisentropic Brayton cycle. Trans. ASME, J. Engng Gas Turbines Power, 113 (4), 501-50Derechos Reservados - Universidad Autónoma de Occidentehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Optimización con el criterio de mínima generación de entropía de un ciclo Brayton no endorreversible con recuperación externaArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1Textinfo:eu-repo/semantics/articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTREFinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85TermodinámicaThermodynamicsEntropíaCiclo BraytonOptimización termodinámicaTurbina de gasEntropyBrayton CycleThermodynamic optimizationGas turbinePublicationTEXTA0174_.pdf.txtA0174_.pdf.txtExtracted texttext/plain43299https://dspace7-uao.metacatalogo.com/bitstreams/45626bf3-f8c3-475b-b1b3-6379c7018666/downloada7b1c28141f3fff282278f49a507c51cMD57A0174_Optimización con el criterio de mínima generación de entropía en un ciclo Brayton no endorreversible con recuperación externa.pdf.txtA0174_Optimización con el criterio de mínima generación de entropía en un ciclo Brayton no endorreversible con recuperación externa.pdf.txtExtracted texttext/plain43299https://dspace7-uao.metacatalogo.com/bitstreams/cb36e0f4-2a3b-4572-8e42-f7ed212d56a7/downloada7b1c28141f3fff282278f49a507c51cMD59THUMBNAILA0174_.pdf.jpgA0174_.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg14918https://dspace7-uao.metacatalogo.com/bitstreams/55506786-85ff-48d6-b12c-2a03afaf7cd7/downloadf595050a66498d0fab2cd93fe235c17bMD58A0174_Optimización con el criterio de mínima generación de entropía en un ciclo Brayton no endorreversible con recuperación externa.pdf.jpgA0174_Optimización con el criterio de mínima generación de entropía en un ciclo Brayton no endorreversible con recuperación externa.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg14918https://dspace7-uao.metacatalogo.com/bitstreams/717e1045-fcad-4b86-a043-856c5cf2c720/downloadf595050a66498d0fab2cd93fe235c17bMD510CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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