Diseño de los compresores para un ciclo de Brayton de helio

Abstract

Este proyecto forma parte de un proyecto más amplio realizado en la Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas, el cual tiene como objetivo establecer un método de diseño para turbomáquinas que utilicen fluidos no convencionales.

En este proyecto específico, se ha desarrollado un código para el prediseño de las turbomáquinas del ciclo de una central termosolar utilizando helio como fluido de trabajo. El uso de helio en turbomáquinas ofrece mejoras significativas en eficiencia energética y reducción de emisiones, alineándose con las regulaciones y objetivos medioambientales actuales.

La metodología utilizada implica la obtención de los parámetros necesarios para el diseño preliminar de las turbomáquinas, seguida de la selección de parámetros óptimos y el cálculo de cada etapa del compresor utilizando modelos de pérdidas. Se ha desarrollado un programa en Python para realizar estos cálculos. Los resultados obtenidos han sido validados y muestran una similitud cercana al 0,1% con otros estudios previos.

El estudio concluye que el uso de helio como fluido de trabajo en los ciclos de compresión puede proporcionar mejoras significativas en eficiencia, con rendimientos superiores al 85%. Además, se destaca la capacidad del modelo para diseñar compresores adaptados a diferentes gases alternativos, lo que sugiere la posibilidad de investigar y diseñar compresores para otros fluidos. El proyecto sienta una base sólida para futuras investigaciones y mejoras en la eficiencia y fiabilidad de los compresores.

This project is part of a larger project carried out at the Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas, which aims to establish a design method for turbomachinery that uses unconventional fluids.

In this specific project, a code has been developed for the pre-design of turbomachinery in the thermosolar power plant cycle using helium as the working fluid. The use of helium in turbomachinery offers significant improvements in energy efficiency and emissions reduction, aligning with current environmental regulations and goals.

The methodology used involves obtaining the necessary parameters for the preliminary design of turbomachinery, followed by the selection of optimal parameters and the calculation of each stage of the compressor using loss models. A Python program has been developed to perform these calculations. The obtained results have been validated and show a similarity close to 0.1% with other previous studies. The study concludes that the use of helium as the working fluid in compression cycles can provide significant improvements in efficiency, with performances exceeding 85%. Additionally, the model's capability to design compressors adapted to different alternative gases is highlighted, suggesting the possibility of researching and designing compressors for other fluids. The project establishes a solid foundation for future research and improvements in the efficiency and reliability of compressors.