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Análisis de la geometría y del rendimiento de una turbina de flujo radial para el estudio de fluidos de trabajo en un ciclo orgánico Rankine usando distintos recursos renovables de baja entalpía (Solar-Biomasa-Geotérmica)

Abstract:

El presente proyecto experimental está enfocado en estudiar los recursos renovables disponibles en la provincia de Tungurahua (solar-biomasa-geotérmica). El proyecto se basa en determinar las características de cada recurso renovable para su uso dentro de un Ciclo Orgánico Rankine. Con el fin de aprovechar su potencial energético para micro generación, mediante el uso de una turbina de flujo radial. Además, se aprovecha el uso de herramientas informáticas, como el Software ANSYS Académico y el Software EES Académico, con la finalidad de simplificar el análisis y obtener resultados confiables. El análisis del Ciclo Orgánico Rankine se realizó usando distintas configuraciones en el ciclo. Como el uso de un solo recurso renovable para la fuente de calor en el evaporador. También, se realizó la hibridación de los recursos renovables, mediante el uso de una y dos fuentes de calor para precalentar el fluido de trabajo antes de llegar al evaporador. Con el fin de aumentar el rendimiento térmico del ciclo y su potencia. La potencia térmica para ser utilizada como fuente de calor; fue determinada mediante el aprovechamiento de la irradiación global diaria en la superficie de la provincia de Tungurahua para el recurso solar. En el caso del recurso de biomasa se determinó la cantidad del recurso de biomasa transformada a biogás, mediante el tratamiento de lodos disponibles en la planta de tratamientos de aguas residuales de la ciudad de Ambato ubicada en el sector las Viñas. Finalmente, para el recurso geotérmico se determinó el uso de agua geotérmica disponible en las fuentes termales de la “Virgen” en la ciudad de Baños de Agua Santa. En el estudio termodinámico del ciclo, se utilizaron tres fluidos de trabajo distintos determinados por la temperatura del recurso renovable. Así mismo se calculó el flujo másico de estos para cada configuración del ciclo con el fin de obtener datos como presiones, entalpias y temperaturas en cada punto del ciclo. Cabe mencionar que para este análisis se usó el software EES Académico, ya que dispone una gran base de las propiedades termo físicas de distintos fluidos de trabajo. Adicionalmente se analizaron distintas geometrías de turbinas radiales. Estas geometrías fueron dimensionadas y diseñadas mediante herramientas disponibles en el software ANSYS Académico. Igualmente, este software nos permitió realizar el análisis de distintos fluidos de trabajo en cada geometría mediante la simulación de estos. Obteniendo resultados como la potencia de la turbina; presiones, temperaturas y energía cinética de turbulencia en el alabe de la turbina.