Diseño de compresor para ciclo de CO2 supercrítico y análisis de operación en condiciones no nominales

Abstract

Es bien conocido que el diseño de turbomáquinas es un proceso complejo, aún más incluso cuando este diseño viene referido a ciclos todavía en desarrollo, de los cuales no se poseen suficientes datos de funcionamiento, como puede ser en este caso cuando se opta por CO2 supercrítico como fluido de trabajo. Aunque el proyecto está orientado a obtener los distintos parámetros de funcionamiento que tendrán los turbocompresores centrífugos diseñados para cada ciclo en cuestión, durante la primera parte del proyecto se dotará al lector de las principales características, ventajas e inconvenientes de los ciclos de potencia de dióxido de carbono supercrítico. El trabajo está basado en la utilización del código de diseño y optimización de turbomáquinas haciendo uso del software AxSTREAM © para la obtención de los diseños respectivos de los distintos compresores centrífugos requeridos por los ciclos de potencia considerados como referencia. Además, una vez adoptada esta metodología y seleccionadas las soluciones más convenientes para cada ciclo, se obtendrán los parámetros de funcionamiento en condiciones fuera del punto de diseño en un amplio rango de condiciones operativas. Los datos obtenidos serán usados para generar mapas de funcionamiento respectivos a los compresores de cada ciclo y de esta manera poder apreciar el comportamiento del compresor ante variaciones tanto en las propiedades de entrada o de salida, así como parámetros de funcionamiento característicos. Por último, es interesante destacar que la información obtenida será empleada parcialmente en la investigación que Francesco Crespi está desarrollando en el marco de su tesis doctoral, dentro del Grupo de Máquinas y Motores Térmicos de la Universidad de Sevilla. Dicha tesis se centra en el estudio del potencial técnico y económico de los ciclos de potencia basados en CO2 supercrítico aplicados en instalaciones de producción de energía eléctrica a partir de Energía Solar de Concentración.

The design of turbomachinery is a complex process, even more when this design refers to cycles that are still in development and which do not have enough operating data, like when supercritical CO2 is used as the working fluid. Although the project is oriented to obtain the different operating parameters that the centrifugal compressors designed for each cycle in question will have, during the first part of the project the reader will be provided with the main characteristics, advantages and disadvantages of power cycles working with supercritical carbon dioxide. The work is based on the use of the turbomachine design and optimization code using AxSTREAM © software to obtain the respective designs of the different centrifugal compressors required by the power cycles considered as reference. In addition, once this methodology has been adopted and the most convenient solutions have been selected for each cycle, the operating parameters will be obtained under off-design conditions over a wide range. The data obtained will be used to generate the performance maps of the compressors of each cycle and in this way be able to appreciate the behavior of the compressors with variations in the input or output properties, as well as others operating parameters. Finally, it is interesting to note that the information obtained will be partially used in the research that Francesco Crespi is developing in his doctoral thesis, within the Group of Thermal Machines and Motors of the University of Seville. This thesis focuses on the study of the technical and economic potential of supercritical CO2 based power cycles applied in electrical energy production facilities from Concentration Solar Energy.