Aplicación de la metodología de los Subespacios Activos al estudio de las curvas características de turbomáquinas térmicas

Abstract

Actualmente nos encontramos en una situación donde la dependencia energética y la necesidad de reducir el uso de los combustibles fósiles presentan un problema de suma importancia en Europa. Con el fin de solucionar estos problemas, se desarrollan numerosas tecnologías de producción de electricidad en base a las energías renovables, las cuales, con el paso de los años, van avanzando hacia una interesante situación. Centrándose en la optimización de las centrales solares de torre, el grupo de Máquinas y Motores Térmicos de la Universidad de Sevilla se plantea la implementación del CO2 supercrítico como fluido de trabajo en ciclos de potencia, ya que este parece capaz de aprovechar mejor el potencial de los sistemas de receptor central. Este Trabajo Fin de Grado plantea el estudio de la caracterización del comportamiento fuera de diseño de una turbomáquina, explorando las dependencias funcionales que caracterizan las prestaciones de la misma en función de las condiciones de operación. Para abordar esta tarea se hace uso inicialmente del el Teorema Pi de Buckingham en el que se analiza dimensionalmente el problema descrito, reduciendo el orden de mismo hasta quedar caracterizado por un número mínimo de variables adimensionales independientes formadas por combinaciones de las variables fundamentales. No obstante, este teorema solo sirve en el caso de estar totalmente caracterizado el problema desde un punto de vista analítico, condiciones que se dan en el estudio de turbomáquinas convencionales que trabajan con gas ideal, pero no con gas no ideal. Ante esta dificultad, se hace uso de la metología de los subespacios activos para determinar el orden mínimo del problema de caracterización del comportamiento de la turbomáquina. Para ello se analizan diferentes turbocompresores trabajando con gas ideal (aire), y se comparan los resultados con los obtenidos mediante el Teorema Pi de Buckingham. De este modo se valida la metodología y dse descubre que, en el caso de trabajar con aire, el comportamiento fuera de diseño de la turbomáquina depende principalmente de una sola variable activa. Finalmente se aplica la misma metodología al caso de turbocompresores centrífugos operando con CO2 supercrítico. Se analizan los resultados y se observa que el comportamiento fuera de diseño de una turbomáquina trabajando con este fluido de trabajo depende principalmente de una única variable activa.