Optimización de la potencia y la eficiencia del compresor: un enfoque de termodinámica en tiempo finito

Área de la Ciencia:

• La termodinámica
• Ingeniería mecánica
• Sistemas energéticos

Sus antecedentes:

• El rendimiento del compresor se ve afectado significativamente por las irreversibilidades externas.
• La optimización del diseño del compresor es crucial para la eficiencia energética en diversas aplicaciones.
• Los modelos existentes a menudo simplifican o descuidan los efectos de la transferencia de calor y las resistencias de flujo de fluidos.

Objetivo del estudio:

• Para optimizar teóricamente un compresor endoreversible bajo condiciones de estado estacionario.
• Investigar el impacto de las irreversibilidades externas en el rendimiento del compresor utilizando principios termodinámicos de tiempo finito.
• Establecer una métrica de eficiencia del compresor análoga al coeficiente de rendimiento en la teoría de la bomba de calor.

Principales métodos:

• Utilizó principios termodinámicos de tiempo finito para la optimización teórica.
• Las irreversibilidades externas caracterizadas como funciones de los coeficientes de conductividad.
• Se realizó un estudio paramétrico analizando la influencia de los diámetros de los tubos de succión y descarga y las presiones de los gases.
• Determinado rendimiento óptimo de funcionamiento para un caudal de masa de gas dado.

Principales resultados:

• Las irreversibilidades externas afectan significativamente el rendimiento endoreversible del compresor.
• Se desarrolló una métrica de eficiencia basada en la teoría de la bomba de calor.
• Se identificaron diámetros óptimos de tubo de succión y descarga para mejorar la eficiencia energética.
• El consumo mínimo de energía durante la compresión del gas se puede lograr mediante un diseño optimizado.

Conclusiones:

• La optimización teórica de los compresores endoreversibles es factible y beneficiosa.
• Las irreversibilidades externas, particularmente las relacionadas con las dimensiones de los tubos, son factores críticos en la eficiencia del compresor.
• La selección de diámetros óptimos de los tubos de succión y descarga es esencial para mejorar la eficiencia energética y reducir el consumo de energía en los procesos de compresión de gases.