[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.

[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.