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Título: Determinação da Configuração Ótima de Ciclo Rankine Orgânico para Aproveitamento do Calor Rejeitado em Usinas Termelétricas Com Motores de Combustão Interna
Autor(es): Ribeiro, Letícia Costa
Orientador: Santos, José Joaquim Conceição Soares
Coorientador: Donatelli, João Luiz Marcon
Palavras-chave: Ciclo Rankine Orgânico
Otimização Termoeconômica
Data do documento: 31-Mar-2017
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: A recuperação de resíduos térmicos ou WHR (do inglês waste heat recovery) utiliza o calor que normalmente é descartado por um sistema térmico, e o transforma em uma forma útil de energia. Entre seus benefícios estão: energia adicional livre de CO2, aumento da eficiência do processo e economia de combustível. Uma das alternativas para recuperar resíduos térmicos é a aplicação de Ciclos Rankine Orgânicos, de modo a gerar mais potência sem aumentar o consumo de combustível, o que ocasionará um aumento na eficiência energética e ambiental. Neste trabalho de dissertação, é realizado a modelagem e otimização utilizando o software EES (Engineering Equation Solver) para aproveitar o calor proveniente de dois rejeitos térmicos, água de resfriamento e gás de exaustão, dos motores de combustão interna (MCI) de uma termelétrica utilizando ciclos Rankine orgânicos, com duas opções de configurações, com e sem regeneração. A otimização realizada é termoeconômica e paramétrica com o objetivo de minimizar o custo da potência gerada, e selecionar qual o fluido de trabalho que produz potência com menor custo. Para tanto, são realizadas modelagens termodinâmica e econômica para este trabalho, que levam em conta cinco variáveis de decisão, dentre elas os rendimentos isentrópicos da bomba e turbina. A principal contribuição deste trabalho é obter e ajustar equações de custo capazes de responder a essas variáveis. Os resultados mostraram que os ciclos regenerativos, para ambas as fontes de calor, apesar de aumentar a eficiência do ciclo produzem uma potência mais cara do que o ciclo simples. Na condição ótima é possível obter um aumento em torno de 7% a potência gerada pela termelétrica. Palavras-chave Ciclo Rankine Orgânico, Otimização Termoeconômica, Motor de Combustão Interna, Recuperação de Calor
The Waste Heat Recovery (WHR) uses the heat that is normally discarded by a thermal system, and turns it into a useful form of energy. Among its benefits are: additional CO2-free energy, increased process efficiency and fuel economy. One of the alternatives to recover thermal waste is the application of Organic Rankine Cycles, in order to generate more power without increasing fuel consumption, which will lead to an increase in energy and environmental efficiency. In this work, the modeling and optimization is performed using the Engineering Equation Solver (EES) software to recoverytheheat from two thermal rejects, cooling water and exhaust gas, from the internal combustion engines (ICE) of a thermoelectric plant using Organic Rankine Cycles, with two configuration options, with and without regeneration. The optimization performed is thermoeconomic and parametric with the objective of minimizing the cost of the power generated, and selecting which workingfluid produces power at a lower cost. For this, thermodynamic and economical modeling are performed, forfive decision variables, among them the isentropic efficiencyof the pump and turbine. The main contribution of this work is to obtain and adjust cost equations capable of responding to these variables. The results showed that regenerative cycles for both heat sources, despite increasing cycle efficiency, produce a moreexpensive power than thecyclewithout regeneration. In the optimum condition,it is possible to obtain an increase of around 7% in the power generated by the thermoelectric plant.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9752
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