Análisis de idoneidad de una turbina centrípeta como máquina expansora en un ciclo Brayton de CO2 supercrítico para aplicación solar

Abstract

En este trabajo se analiza para qué niveles de potencia puede resultar idóneo emplear una turbina centrípeta en lugar de una de tipo axial como máquina expansora en un ciclo Brayton de CO2supercrítico para aplicaciones de aprovechamiento solar. Para ello, se determinan en primer lugar los parámetros óptimos que definen el ciclo termodinámico para este tipo de aplicación en dos casos de ciclos supercríticos regenerativos: ciclo simple y ciclo con recompresión [1]. A partir de ahí, se realiza el diseño geométrico de la turbina centrípeta de la planta mediante una aplicación informática desarrollada para el presente trabajo, que basándose en correlaciones de pérdidas propuestas por Aungier [2], predice asimismo el rendimiento de la máquina. Los datos básicos que precisa dicha aplicación son las condiciones termodinámicas de parada a la entrada de la turbina, la relación de expansión y el gasto másico. Asimismo es necesario como dato de entrada un valor del parámetro adimensional “velocidad específica” que depende directamente de la velocidad de giro de la máquina. En el caso habitual de que se realice un acoplamiento directo de las turbomáquinas de la instalación, dicha velocidad de giro queda fijada por la optimización del diseño de los turbocompresores, a su vez restringida por trabajar con condiciones de admisión muy cercanas al punto crítico [3]. Los resultados obtenidos muestran que esta condición de contorno limita el rango de potencias para el que las turbinas centrípetas pueden diseñarse con un rendimiento adecuado, resultando atractiva su utilización por su menor coste y tamaño.