[en] This thesis explores the potential of low and medium grade heat in different thermodynamic cycles u sed to convert wasted heat into mechanical work. The aim of this thesis is to study the state of the art of the thermodynamic cycles used to recover low-grade heat and suggest improvements. The relevance of researching low grade heat or waste heat applications is that a vast amount of heat energy is available at negligible cost within the range of medium and low temperatures, with the drawback that existing thermal cycles cannot make efficient use of such available low temperature heat dueto their low efficiency. The present thesis offers a different approach, analyses low-grade heat recovery from a thermodynamic point of view, and compares their thermal efficiency. ORC and Rankine cycles reviewed show similar low efficiencies. In contrast, closed-based, non-condensing cycles, that exchange heat at constant volume and convert thermal energy into mechanical work adiabatically, have a configuration, which allows efficient exploitation of low-grade heat. Heat recovery strategies are also analysed and several non-conventional systems are recommended to exploit low grade heat in the proposed machine. Two relevant factors exert a strong influence over the criterion to decide the structure of marine propulsion plants: • The reduction of the fuel consumption which undergoes increasing the thermal efficiency of the associated thermal engines. • The emission of carbon dioxide dueto fossil fuels consumption 0n the one hand the emissions of carbon dioxide from the combustion of fossil fuels used in marine propulsion plants and its associated power plants are a concern and it is due to the environmental impacts originated by greenhouse gas emissions, which contributes to modifying the composition of the atmosphere in an exaggerated negative sen se. Such harmful methods can be replaced by alternative design strategies or at least could be mitigated by means of the reduction of carbon dioxide emissions, which could be achieved by changing strategies of technology design and operational methodologies. The available heat recovery technology that can be used on Waste Heat Recovery Systems (WHRS) of medium or lowgrade is one such a means that is technologically capable of decreasing carbon dioxide emissions as well as to reduce the fuel composition significantly. This is dueto the fact that it is possible a significant improvement on the marine propulsion systems efficiency. Since it contributes to the reduction of fossil fuels consumption of the marine transport sector in general. The mentioned improvement can be carried out by harnessing the waste heat energy ex ha usted and / or rejected by the propulsion system and its associated auxiliary engines. The conventional technology so far opted for the harnessing of the exhaust flue gases, sin ce lower temperature heat could not be used. Conventionally the state-of-the-art technology in this field uses advanced Organic Rankine Cycle (ORC) under several combinational structures as one among sorne different WHRS technologies that are being used for the harnessing of the medium and / or low-grade heat wasted by the propulsion system that cannot be utilized by the propulsion engines by themselves. On the other hand, the reduction of the fuel consumption which mea ns increasing the thermal efficiency undergoing the reduction of carbon dioxide emissions, must be improved as much as possible based in that this criterion is sufficiently relevant to undertake the developmen1 of technologies aimed at improving the thermal efficiency of the thermal engines u sed so far Nevertheless, in this thesis a new paradigm of WHRS is investigated aiming to increasin¡ thermal efficiency which undergoes reducing fossil fuel consumption and carbon dioxidE emissions. These improvements are associated with the following contributions proposed and carriec out in this thesis: • Low temperature heat recovery by means of designing a recovery structure able te recover residual heat of medium and low temperatures rejected by now, coming frorr exhaust gases, scavenge or air cooler, jacket cooler, and lube oil cooler. • More efficient thermal engines by means of designing, analysing and conducting ; proof of concept of thermal cycles based on closed processes operating by adding arn extracting heat undergoing an innovative heat-work interaction mode. Furthermore, the proposed thermal engines are characterised by a thermal cycle physica\ly possible to be made composed of two closed isochoric processes consisting of adding and extracting heat to / from the Working Fluid (WF) and two closed adiabatic processes which undergoes useful mechanical work, consisting respective\y of closed adiabatic expansion and closed adiabatic contraction-based compression of the WF. The main results are: • A power architecture capa ble of converting low-grade heat into mechanica\ work with a heat utilisation factor higher than any availab\e or theoretica\ technology. • A thermal cycle surpassing any other cycle for \ow-grade heat in terms of efficiency and heat utilisation factor.

[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.