[fr] Cette these explore le potentiel de la chaleur de faible et moyenne qualité dans différ, cycles thermodynamiques utilisés pour convertir la chaleur perdue en travail mécani, L'objectif de cette these est d'étudier l'état de l'art des cycles thermodynamiques utilisés r récupérer la chaleur debas grade et proposer des améliorations. La pertinence de la recherche d'applications de chaleur a faible température ou de cha résiduelle est qu'une grande quantité d'énergie thermique est disponible a un , négligeable dans la plage de températures moyennes et basses, avec l'inconvénient qui cycles thermiques existants ne peuvent pas utiliser efficacement cette chaleur a b température disponible en raison de leur faible efficacité. La présente these propase une approche différente, analyse la récupération de chale faible grade d'un point de vue thermique thermodynamique et compare leur effic, thermique. Les cycles ORC et Rankine examinés montrent des efficacités faibles similaire revanche, les cycles fermés, sans condensation, qui échangent de la chaleur a volume con~ et convertissent l'énergie thermique en travail mécanique de maniere adiabatique, ont configuration qui permet une exploitation efficace de la chaleur de faible qualité. stratégies de récupération de chaleur thermique sont également analysées et plusi systemes non conventionnels sont proposés pour exploiter la chaleur de faible qualité da machine proposée. Deux facteurs pertinents exercent une forte influence sur le critere pour décider e structure des installations de propulsion marines: • La réduction de la consommation de carburant qui subit l'augmentation de l'effic thermique des moteurs thermiques associés. • L'émission de dioxyde de carbone due a la consommation de combustibles fossiles D'une part, les émissions de dioxyde de carbone provenant de la combustion de combust fossiles utilisés dans les centrales de propulsion marines et les centrales électriques asso sont une préoccupation pour les populations du monde entier et cela est dQ aux im1 X environnementaux engendrés par ces émissions de gaz a effet de serre, ce qui contribue a modifíer la composition de l'atmosphere dans un sens négatif exagéré. Ainsi, les méthodes nocives peuvent étre remplacées par des stratégies de conception alternatives ou au moins pourraient étre atténuées par la réduction des émissions de dioxyde de carbone, ce qui pourrait étre réalisé en modifíant les stratégies de conception technologique et les méthodologies opérationnelles. La technologie de récupération de chaleur disponible qui peut étre utilísée sur les systemes de récupération de chaleur résiduelle (WHRS) de qualité moyenne ou faible est un de ces moyens qui est technologiquement capable de réduire les émissions de dioxyde de carbone ainsi que de réduire considérablement la consommation du combustible. Ceci obéit au fait qu'il est possible une amélioration signifícative de l'efficacité des systemes de propulsion marine puisqu'elle contribue a la réduction de la consommation de combustibles fossiles du secteur du transport maritime en général. L'amélíoration mentionnée peut étre réalisée en exploitant l'énergie thermique perdue épuisée et / ou rejetée par le systeme de propulsion et ses moteurs auxiliaires associés. La technologie conventionnelle a jusqu'a présent opté pour la récupération des gaz de combustion, car la chaleur a basse température ne pouvait pas étre utilisée. Conventionnellement, la technologie de pointe dans ce domaine utilise le cycle organique avancé de Rankine (ORC) sous plusieurs structures combinatoires comme l'une des différentes technologies WHRS qui sont utilísées pour exploiter les pertes de chaleur de moyenne et/ ou de faible qualité par le systeme de propulsion qui ne peut pas étre utilísé par les moteurs de propulsion par lui-méme. En revanche, la réduction de la consommation de carburant, c'est-a-dire l'augmentation de l'effícacité thermique subissant la réduction des émissions de dioxyde de carbone, doit étre améliorée autant que possible en se fondant sur le fait que ce critere est suffisamment pertinent pour entreprendre le développement de technologies visant a améliorer l'efficacité thermique des moteurs thermiques utilísés jusqu'a présent. Néanmoins, dans cette these, il est étudié un nouveau paradigme de WHRS visant a augmenter l'efficacité thermique qui subit une réduction de la consommation de combustibles fossiles et des émissions de dioxyde de carbone. xi Ces améliorations sont associées aux contributions suivantes proposées et réalisées cette these: • Récupération de chaleur a basse température grace a la conception d'une structur récupération capa ble de récupérer la chaleur résiduelle des températures moyennes et b, rejetées jusqu'a présent, provenant des gaz d'échappement, du refroidisseur d'ai combustion, du refroidisseur d'eau du moteur et du refroidisseur d'huile de lubrificatior • Moteurs thermiques plus efficaces grace a la conception, l'analyse et la réalisation validation de príncipe des cycles thermiques basés sur des processus fermés fonctionnar ajout et extraction de chaleur subissant un mode innovant d'interaction chaleur-travail. De plus, les moteurs thermiques proposés sont caractérisés par un cycle thern physiquement réalisable compasé de deux processus isochoriques fermés consistant a aj et extraire de la chaleur vers / depuis le fluid e de travail et deux processus adiabatíques fE qui subíssent un travaíl mécanique utile, consístant respectívement en une expa adiabatíque fermée et compressíon adíabatíque fermée basée sur la contraction du fluí travail. Les principaux résultats sont : • Une archítecture de puíssance capable de convertir la chaleur de faible qualité en 1 mécaníque avec un facteur d'utilísation supéríeur a toute technologíe dísponib théorique. • Un cycle thermique surpassant tout autre cycle de chaleur de faible qualíté en t, d'efficacíté et de facteur d'utílisatíon.

[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.