[es] Esta tesis explora el potencial del calor de grado bajo y medio en diferentes ciclos termodinámicos utilizados para convertir el calor residual en trabajo mecánico. El objetivo esta tesis es estudiar el estado del arte de los ciclos termodinámicos utilizados para recuperar calor de bajo grado y proponer mejoras. La relevancia de investigar aplicaciones de calor de baja calidad o calor residual es que disponible una gran cantidad de energía térmica a un costo insignificante dentro del rango temperaturas medias y bajas, con el inconveniente de que los ciclos térmicos existentes pueden hacer un uso eficiente de dicho calor disponible a baja temperatura, debido a su eficiencia. La presente tesis ofrece un enfoque diferente y analiza la recuperación de calor de bajo grado desde un punto de vista termodinámico, comparando su eficiencia de conversión. Los Ciclos Rankine Orgánico (ORCs) revisados muestran eficiencias similares. Por el contrario, los ciclos presentados en esta tesis, cerrados, sin condensación, que intercambian calor a volumen constante y convierten la energía térmica en trabajo mecánico adiabáticamente, tienen configuración que permite la explotación eficiente del calor de bajo grado. También se analizan las estrategias de recuperación de calor y se proponen varios sistemas no convencionales para explotar el calor de bajo grado en la máquina propuesta. Dos factores relevantes ejercen una fuerte influencia en el criterio para decidir la estructura de las plantas de propulsión marina: • La reducción del consumo de combustible que experimenta al aumentar la eficiencia térmica de los motores térmicos asociados. • La emisión de dióxido de carbono debido al consumo de combustibles fósiles Por un lado, las emisiones de dióxido de carbono de la combustión de combustibles fósiles utilizados en plantas de propulsión marina y sus plantas de potencia asociadas son una preocupación debido a los impactos ambientales originados por tales emisiones de gas efecto invernadero, lo que contribuye a modificar la composición de la atmósfera , sentido muy negativo. Por lo tanto, estos sistemas nocivos pueden reemplazarse por estrategias de diseño alternativas, o al menos podrían mitigarse mediante la reducción de las emisiones de dióxido de carbono, lo que podría lograrse cambiando las estrategias de diseño tecnológico y metodologías operativas. La tecnología de recuperación de calor que se puede utilizar en sistemas de recuperación de calor residual (WHRS) de grado medio o bajo es uno de los medios capaces de disminuir las emisiones de dióxido de carbono y de reducir significativamente el consumo de combustible. Esto obedece al hecho de que es posible una mejora significativa en la eficiencia de los sistemas de propulsión marina, ya que contribuye a la reducción del consumo de combustibles fósiles del sector del transporte marítimo en general. La mejora mencionada se puede lograr aprovechando la energía calorífica residual agotada y/ o rechazada por el sistema de propulsión y sus motores auxiliares asociados. La tecnología convencional hasta ahora optó por el aprovechamiento parcial de los gases de escape, ya que no se pudo utilizar calor a temperaturas más bajas. Convencionalmente, la tecnología de vanguardia en este campo utiliza ORCs avanzados bajo varias estructuras de ciclo combinado como una entre algunos de los sistemas de recuperación de calor residual (WHRS) diferentes que se están utilizando para el aprovechamiento del calor de grado medio y/ o bajo que se desperdicia por el sistema de propulsión que no puede ser utilizado por los motores de propulsión. Por otro lado, la reducción del consumo de combustible, lo que significa aumentar la eficiencia térmica, provoca la reducción de las emisiones de dióxido de carbono. Esto debe mejorarse tanto como sea posible, ya que este criterio es lo suficientemente relevante como para emprender el desarrollo de tecnologías destinadas a mejorar la eficiencia térmica de los motores térmicos utilizados hasta ahora. Sin embargo, en esta tesis se investiga un nuevo paradigma de WHRS con el objetivo de aumentar la eficiencia térmica lo cual hace que se reduzca el consumo de combustibles fósiles y las emisiones de dióxido de carbono. Estas mejoras están asociadas con las siguientes contribuciones propuestas y realizadas en esta tesis: • Recuperación de calor de más baja temperatura mediante el diseño de una estructura de recuperación capaz de recuperar el calor residual de las temperaturas medias y V bajas rechazadas hasta ahora, provenientes de gases de escape, enfriadores de aire admisión, enfriadores de agua de camisas y enfriadores de aceite lubricante. • Motores térmicos más eficientes mediante el diseño de análisis y realización de prueba de concepto de ciclos térmicos basados en procesos cerrados que funcionan con interacciones que expanden y contraen el fluido de trabajo generando trabajo Además, los motores térmicos propuestos se caracterizan por un ciclo térmico físicamente realizable compuesto por dos procesos isocóricos cerrados que consisten en agregar y extraer calor hacia/ desde el fluido de trabajo y dos procesos adiabáticos cerrados que convierte energía térmica en trabajo mecánico útil, que consiste respectivamente en expansión adiabática cerrada y contracción adiabática cerrada. Los principales resultados son: • Un sistema energético capaz de convertir calor de bajo grado en trabajo mecánico un factor de utilización más alto que cualquier tecnología disponible tanto comercialmente como en el campo teórico o académico. • Un ciclo térmico que supera cualquier otro ciclo usado para calor de bajo grado en términos de eficiencia y factor de utilización.

[gl] Esta tese explora o potencial de calor de baixo e medio grao en diferentes ciclos termodinámicos empregados para converter a calor residual en traballo mecánico. O obxectivo desta tese é estudar o estado da técnica dos ciclos termodinámicos empregados para recuperar calor de baixo grao e propoñer mellaras. A relevancia de investigar aplicacións de calor de baixa calidade ou de calor residual é que unha enorme cantidade de enerxía térmica está dispoñible a un custo insignificante no intervalo de temperaturas medias e baixas, co inconveniente de que os ciclos térmicos existentes non poden facer un uso eficiente de tal calor dispoñible a baixa temperatura, debido á súa baixa eficiencia. A presente tese ofrece un enfoque diferente, analiza a recuperación de calor de baixo grao desde o punto de vista termodinámico e compara a súa eficiencia térmica. Os Ciclos Rankine Organico (ORCs) revisados mostran eficiencias baixas similares. En contraste, os ciclos sen condensación baseados en pechados, que intercambian calor a volume constante e converten a enerxía térmica en traballo mecánico adiabaticamente, teñen unha configuración, que permite unha explotación eficiente de calor de baixo grao. Tamén se analizan as estratexias de recuperación de calor e proponse varios sistemas non convencionais para explotar calor de baixo grao na máquina proposta. Dous factores relevantes exercen unha forte influencia no criterio para decidir a estrutura das plantas de propulsión mariña: • A redución do consumo de combustible que sofre ao aumentar a eficiencia térmica dos motores térmicos asociados. • A emisión de dióxido de carbono debido ao consumo de combustibles fósiles. Por unha banda, as emisións de dióxido de carbono procedentes da combustión de combustibles fósiles empregados nas plantas de propulsión mariña e as súas plantas de potencia asociadas son unha preocupación e débese aos impactos ambientais orixinados por estas emisións de gases de efecto invernadoiro, o que contribúe a modificar a composición da atmosfera nun sentido moi negativo. Así, estes sistemas nocivos pódense substituír por VII Resumo Esta tese explora o potencial de calor de baixo e medio grao en diferentes ciclos termodinámicos empregados para converter a calor residual en traballo mecánico. O obxectivo desta tese é estudar o estado da técnica dos ciclos termodinámicos empregados para recuperar calor de baixo grao e propoñer mellaras. A relevancia de investigar aplicacións de calor de baixa calidade ou de calor residual é que unha enorme cantidade de enerxía térmica está dispoñible a un custo insignificante no intervalo de temperaturas medias e baixas, co inconveniente de que os ciclos térmicos existentes non poden facer un uso eficiente de tal calor dispoñible a baixa temperatura, debido á súa baixa eficiencia. A presente tese ofrece un enfoque diferente, analiza a recuperación de calor de baixo grao desde o punto de vista termodinámico e compara a súa eficiencia térmica. Os Ciclos Rankine Organico (ORCs) revisados mostran eficiencias baixas similares. En contraste, os ciclos sen condensación baseados en pechados, que intercambian calor a volume constante e converten a enerxía térmica en traballo mecánico adiabaticamente, teñen unha configuración, que permite unha explotación eficiente de calor de baixo grao. Tamén se analizan as estratexias de recuperación de calor e proponse varios sistemas non convencionais para explotar calor de baixo grao na máquina proposta. Dous factores relevantes exercen unha forte influencia no criterio para decidir a estrutura das plantas de propulsión mariña: • A redución do consumo de combustible que sofre ao aumentar a eficiencia térmica dos motores térmicos asociados. • A emisión de dióxido de carbono debido ao consumo de combustibles fósiles. Por unha banda, as emisións de dióxido de carbono procedentes da combustión de combustibles fósiles empregados nas plantas de propulsión mariña e as súas plantas de potencia asociadas son unha preocupación e débese aos impactos ambientais orixinados por estas emisións de gases de efecto invernadoiro, o que contribúe a modificar a composición da atmosfera nun sentido moi negativo. Así, estes sistemas nocivos pódense substituir por vii estratexias de deseño alternativo ou polo menos poderíanse paliar mediante a redución emisións de dióxido de carbono, que se poderían conseguir cambiando as estratexia, deseño de tecnoloxía e metodoloxías operativas. A tecnoloxía de recuperación de dispoñible que se pode empregar para sistemas de recuperación de calor residual (WHR'. grao medio ou baixo é un tal medio que é tecnoloxicamente capaz de diminuir as emisiór dióxido de carbono, así como de reducir significativamente o consumo de combustible. obedece a que é posible unha mellara significativa da eficiencia dos sistemas de propu mariña xa que contribúe á redución do consumo de combustibles fósiles do secta transporte marítimo en xeral. A mellara mencionada pódese aproveitar usando a calor residual esgotada e/ ou rexei polo sistema de propulsión e os seus motores auxiliares asociados. A tecnoloxía convenc ata o de agora optaba polo aproveitamento dos gases de combustión do escape, xa quE se podía usar calor a temperatura máis baixa. Convencionalmente, a tecnoloxía de punta neste campo usa ORC avanzados en " estruturas combinativas como unha das diferentes tecnoloxías WHRS que se , empregando para o aproveitamento de calor de medio e/ ou baixo grao residual polo sis de propulsión que non pode ser empregado polos propulsores. Por outra banda, a redución do consumo de combustible, que significa aumentar a efici térmica sometida á redución das emisións de dióxido de carbono, debe mellorarse na m do posible, baseado en que este criterio é o suficientemente relevante como para empr, o desenvolvemento de tecnoloxías dirixidas a mellorando a eficiencia térmica dos me térmicos empregados ata o de agora. Non obstante, nesta tese investígase un novo paradigma de WHR co obxectivo de aurr a eficiencia térmica que se reduce o consumo de combustibles fósiles e as emisións de di de carbono. Estas mellaras están asociadas ás seguintes contribucións propostas e realizadas nesta • Recuperación de calor de baixa temperatura mediante o deseño dunha estrut1 recuperación capaz de recuperar a calor residual de temperaturas medias e rexeitadas ata o momento, procedentes de gases de escape, refrixerador de 2 viii admisión, refrixerador de auga de camisas, e refrixerador de aceite de lubricación. • Motores térmicos máis eficientes mediante o deseño de análise e realización dunha proba de concepto de ciclos térmicos baseados en procesos pechados que accionan engadindo e extraendo calor sometido a un modo de interacción calor-traballo innovador. Ademais, os motores térmicos propostos caracterizanse por un ciclo térmico realizable físicamente composto por dous procesos isocóricos pechados consistentes na adición e extracción de calor cara / dende o fluido de traballo e dous procesos adiabáticos pechados que provocan un traballo mecánico útil, consistente respectivamente por unha expansión adiabática pechada e compresión adiabática pechada a base de contracción do fluido de traballo. Os principais resultados son: • Unha arquitectura de potencia capaz de converter a calor de baixo grao en traballo mecánico cun factor de utilización superior a calquera tecnoloxia dispoñible ou teórica. • Un ciclo térmico que supera calquera outro ciclo para calor de baixo grao en termos de eficiencia e factor de utilización.