protocolo JC

´
UNIVERSIDAD AUTONOMA
DEL
ESTADO DE MORELOS
´ n en Ingenier´ıa y
Centro de Investigacio
Ciencias Aplicadas
´n
Protocolo de investigacio
Doctorado en Ingenier´ıa y Ciencias Aplicadas

Dise˜
no de microturbina para
aprovechamiento de fuente de
energ´ıa de baja entalp´ıa

Alumno:
˜ o Herrera
Caldin
Uzziel

Asesor:
´
´n
Dr. Garcıa Castrejo
Juan Carlos
Coasesor:
Dr. Sierra Espinoza
Fernando Z.

20 defebrero de 2015

´Indice general
Introducci´
on
Fluidos org´
anicos . . . . . . . . .
Ciclo Rankine Org´
anico . . . . .
Ciclo Rankine Supercr´ıtico . . .
Microturbina para ciclo Rankine

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1
1
2
3
3

Estado delarte

5

Objetivos
Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Objetivos particulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7
7
7

Alcances

8

Justificaci´
on

9

Resultados esperados

10

Metodolog´ıa

11

Cronograma de actividades

12

I

Introducci´
on
La generaci´
on de energ´ıa es uno de los principales ejes que permiten el desarrollo de lasociedad actual. La energ´ıa es necesaria para el desarrollo industrial,
el transporte, la producci´
on de alimentos y hasta el desarrollo social. Es por esto
que se dedica un especial inter´es al desarrollo de tecnolog´ıas que permitan aprovechar de mejor manera el recurso energ´etico, que est´a basado principalmente
en hidrocarburos.
Una alternativa es la utilizaci´on de calor residual deciclos termodin´amicos
convencionales o bien alguna fuente alternativa (como lo es la energ´ıa geot´ermica) que proporcione un fluido a temperaturas bajas tal que no es posible aprovecharla en ciclos convencionales. El Ciclo Rankine Org´
anico (ORC) y el Ciclo
Rankine Supercr´ıtico a trav´es de un fluido org´anico con propiedades de saturaci´
on inferiores a las del agua, permiten el aprovechamiento deeste tipo de
fuentes de energ´ıa de baja temperatura.
Debido a que la principal manera de generar energ´ıa el´ectrica es a trav´es de
m´
aquinas rotatorias, en especial turbinas, se tiene un gran desarrollo para condiciones tradicionales de Ciclo Rankine para turbina de vapor, o ciclos de turbina
de gas. Sin embargo, para condiciones de fuentes t´ermicas de baja entalp´ıa no
existe muchainformaci´
on disponible en torno al dise˜
no de componentes o al
an´
alisis de estos dispositivos.

Fluidos org´
anicos
El fluido de trabajo org´
anico no solo debe tener propiedades termodin´amicas
y f´ısicas necesarias para la aplicaci´on dentro del ciclo, tambi´en debe contar con
la estabilidad qu´ımica adecuada en el intervalo de temperatura deseado.
La selecci´
on del fluido de trabajo es de sumaimportancia, ya que ´este afecta
directamente la eficiencia del sistema, las condiciones de funcionamiento, el impacto ambiental y los costos. De acuerdo al comportamiento con respecto a las
variables termodin´
amicas, existen tres maneras de clasificar los fluidos org´anicos; mojados, secos e isentr´
opicos. Esta clasificaci´on es a partir de la pendiente
de la curva de saturaci´
on en vapor quepresenta el fluido en un diagrama T-s
( dT
opico la pendiente de esta curva tiende a inds ). Ya que para un fluido isentr´
ds
finito, se toma el inverso del valor de la pendiente (ξ = dT
). La clasificaci´on de
fluidos se muestra en la Tabla 1 y en la Fig. 1
1

Ciclo Rankine Org´
anico

2

Tabla 1: Clasificaci´on de los fluidos org´anicos
Clasificaci´on
Mojado
Seco
Isentr´
opico

Pendientesaturaci´on
ξ<0
ξ>0
ξ≈0

Figura 1: Diagrama T-s de los tres tipos de fluidos org´anicos

Ciclo Rankine Org´
anico
Este ciclo es similar al ciclo Rankine convencional, la diferencia son los rangos
de operaci´
on debido a las propiedades del fluido de trabajo. Los dispositivos
utilizados en este ciclo son:
Turbina
Condensador
Bomba
Caldera o evaporador
Sobrecalentador
En la Figura 2b se puede observar el...