Cogeneración con un sistema termosolar tipo Fresnel acoplado a un ciclo Rankine orgánico para aplicaciones rurales

Resumen

Entre las aplicaciones urbanas de la energía solar térmica se encuentra la generación de electricidad y de calor para procesos. El objetivo del presente trabajo fue evaluar el desempeño termodinámico de un Ciclo Rankine Orgánico (ORC) acoplado a un sistema fototérmico de 20 Colectores Lineales Fresnel (CLF) de 23m² de área de apertura para aplicaciones urbanas. El sistema está diseñado para generar 10 kW de potencia en una turbina radial en el ORC y como subproducto, calor útil para procesos domésticos alternativos. Los cálculos termodinámicos se realizaron en MATLAB, usando CoolProp como la base de datos termodinámicos. Para calcular la carga térmica que entregan los CLF se utilizaron los datos de Irradiancia Normal Directa (DNI) de Cuentepec (@18.86,-99.33), una comunidad rural en Morelos, México. El sistema fototérmico utiliza agua presurizada a 7 bar y en el ORC se realizó la evaluación termodinámica de los siguientes fluidos: R1233zd(E), R245fa, R123, R113 y Novec649. Con el fluido R1233zd(E) se obtuvo la mayor potencia neta en la turbina (11.65kW) y la menor cantidad de calor (133.70 kW) para procesos alternativos. Con el fluido Novec 649 se obtuvo la menor potencia (6.40kW) pero la mayor cantidad de calor (138.95 kW) para otros procesos. Las eficiencias térmicas para el R1233zd(E) y el Novec 649 son del 8% y del 4%, respectivamente, mientras que las eficiencias exergéticas alcanzadas son del 4% y 22%. Para los fluidos con mayor potencia neta en la turbina, R1233zd(E) y R245fa, se determinó también su desempeño termodinámico con tasas de recuperación (TR= 0.1, 0.2, 0.35 y 0.5) de la carga térmica a la salida de la turbina, lográndose un incremento en la potencia del 38% para el R245fa y del 40% para el R1233zd(E).