Process thermodynamic study of a zero emisión Brayton cycles for de-heating of a gas flow and termal dimensioning of the primary heater

Abstract

El objetivo del presente trabajo es diseñar y analizar termodinámicamente un sistema de enfriamiento que transformará la energía térmica de un flujo de mezcla hidrógeno-agua en energía eléctrica buscando la máxima potencia de salida y el menor coste de capital total. Para lograr esto, las propiedades especiales del dióxido de carbono, como la drástica variación del trabajo de compresibilidad cerca del punto crítico, serán utilizadas en una microturbina de gas de ciclo cerrado Brayton. También se estudiarán algunas de las configuraciones más comunes de sCO2 (diseños en serie, en paralelo, recuperados y recalentados). La solución de mejor rendimiento será simulada y optimizada con OptDesign, un script de MATLAB® proporcionado por el Dr. Thiago Gothelip. Finalmente, los resultados ser´an validados y discutidos utilizando el modelo de software EbsilonProfessional®

The aim of the present work is to design and analyze thermodynamically a deheating system which will transform heat energy from a hydrogen-water mixture flow into electrical energy looking for the maximum power output and the lowest overall capital cost. In order to achieve this the special properties of carbon dioxide, like the drastic variation of the compressibility work near the critical point, will be utilized in a closed-loop Brayton cycle based micro gas turbine. Some of the most common sCO2 configurations shall be studied as well (serial, parallel, recuperated and reheated layouts) and eventually the best performing solution will be simulated and optimized with OptDesign, a MATLAB® script provided by Dr. Thiago Gothelip. Finally results will be validated using EbsilonProfessional® software model and discussed