Estudio de la importancia relativa de las condiciones de contorno sobre las prestaciones de una cascada de álabes de compresor axial operando con fluidos ideales y no ideales

Abstract

En la actualidad, el sector energético ha tenido que buscar estrategias para una producción de energía más eficiente, centrando en las fuentes renovables esas medidas que permitan optimizar la generación de energía eléctrica para abastecer a la población. En el caso de las centrales termosolares optan por mejorar su capacidad de captación mediante la incorporación del CO2 en condiciones supercríticas como nuevo fluido de trabajo, el cual presenta características y propiedades de bastante interés para la sustitución de los actuales. El problema surge en el rediseño que hay que adoptar del ciclo de potencia y de las características de los componentes. Este trabajo se centra en el estudio de las turbomáquinas que compondrán los nuevos ciclos termodinámicos, realizando un análisis sobre el comportamiento de las mismas al operar con CO2 supercrítico. Se busca conocer las características del turbocompresor axial, estudiando el comportamiento ante cambios de fluido mediante simulaciones en la experimentación de una cascada de álabes de compresor. Para ello este proyecto se divide en dos grandes bloques. Se realiza como primer punto un análisis cualitativo de las actuaciones de la cascada mediante la resolución del problema directo, en el que, fijando condiciones geométricas de una hilera de álabes para un perfil NACA 65, se estudiarán tanto las prestaciones como las irreversibilidades que presenta la cascada al operar con tres fluidos distintos. Estos fluidos serán aire, CO2 y CO2 supercrítico, para poder establecer una comparativa entre gases de naturaleza ideal y no ideal. Los cálculos se realizarán mediante métodos numéricos computacionales de los que obtendremos resultados de la pérdida de presión total y del aumento de presión estática, representando así el rendimiento y las prestaciones del efecto difusor de la cascada de álabes de compresor. Y en un segundo bloque, con el objetivo de establecer una comparativa mayor entre las prestaciones de la máquina ante el cambio de fluido de trabajo, se implementa en este Trabajo Fin de Grado la aplicación de la metodología de los Subespacios Activos. Dado que el fin es poder caracterizar el comportamiento de la turbomáquina, se hace uso inicialmente del teorema Pi de Buckingham, el cual es capaz de reducir el número de variables independientes mediante grupos adimensionales, pero sigue manteniendo un alto número de parámetros de los que depende la función objetivo. Por este motivo, la metodología pretende poder determinar un orden menor del problema de caracterización, llegando a poder dejar la dependencia del problema en una sóla variable activa. En general, se aplican estos dos métodos para poder establecer el cálculo de las prestaciones de la cascada de compresor con fluidos ideales y no ideales y así obtener resultados que justifiquen la influencia en el comportamiento de los parámetros estudiados y si existe una mayor dependencia de alguno de ellos en la caracterización del turbocompresor axial.