Licuefacción de nitrógeno: análisis y optimización del rendimiento exergético y de la fracción licuada para el ciclo de Linde y el ciclo de Claude.

Abstract

Los gobiernos y organizaciones de todo el mundo han mostrado su creciente preocupación por la sostenibilidad del planeta. Los postulados de transición ecológica están copando la gran mayoría de las líneas de investigación en los principales sectores de actividad económica. La degradación de nuestro ecosistema se ha acelerado exponencialmente en los últimos años. La revolución industrial, el uso de combustibles fósiles y la creciente demanda energética en nuestro planeta han provocado un desarrollo insostenible a largo plazo para el medioambiente. Gran parte de la contaminación que provoca esta degradación del ecosistema es debida al transporte, donde entra en juego la industria criogénica. Una de las principales ramas de la industria criogénica es el transporte de gases. Se está invirtiendo una gran cantidad de esfuerzo y recursos en I+D+i enfocados en incrementar el rendimiento exergético y la fracción licuada de los ciclos de licuefacción de gases y así reducir el volumen por unidad de masa del gas a transportar facilitando su transporte y consiguiendo una disminución en emisiones contaminantes. Igualmente, en los últimos años diversas líneas de investigación se están enfocando en el uso de la licuefacción de gases como almacenamiento de energía. El aire puede ser licuado cuando la producción de energía renovable es mayor que lo que requiere la red. Esto permite almacenar y transportar energía en forma de aire licuado en vez de ser desperdiciada. Después mediante un proceso de expansión la energía puede ser extraída del aire. Así se puede resolver el problema de la intermitencia en la producción energética de las energías renovables, potenciando su uso y su aumento en el mix energético mundial. El alemán Linde y el francés Claude, a principios del siglo XX son los primeros en desarrollar los ciclos de licuefacción de gas a escala industrial. Estos ciclos pueden licuar la mayoría de los gases. Sin embargo, debido a su disponibilidad, abundancia, coste de obtención y a que se trata de un gas inerte, el nitrógeno es el fluido más utilizado. El ciclo de Linde y el ciclo de Claude son la base de los procesos de licuefacción desarrollados en la actualidad, y su correcto análisis y compresión son de vital importancia de cara al desarrollo y optimización de los ciclos modernos. Para llevar a cabo este análisis se ha empleado el simulador UniSim®. El software de simulación UniSim® es un proceso intuitivo e interactivo de modelado que permite a los usuarios crear modelos dinámicos y de estado estable para los distintos procesos que se vayan a estudiar. Este Trabajo de fin de Grado se centra en los siguientes objetivos: • Analizar la variación del rendimiento exergético y la fracción licuada del nitrógeno para los distintos puntos de funcionamiento del ciclo de Linde y el ciclo de Claude. • Determinar las condiciones para las cuales el rendimiento exergético y la fracción licuada son óptimos en el ciclo de Linde y en el ciclo de Claude