Título: AVALIAÇÃO PRELIMINAR DE FLUIDOS ORGÂNICOS NÃO AZEOTRÓPICOS EM SISTEMAS ORC PARA GERAÇÃO DE POTÊNCIA ELÉTRICA

Título alternativo: PRELIMINARY EVALUATION OF ZEOTROPIC ORGANIC FLUIDS IN ORC SYSTEMS FOR ELECTRIC POWER GENERATION

Autoria de: Marcos Paulo Martins de Ázara

Orientação de: Dimas Jose Rua Orozco

Presidente da banca: Dimas José Rúa Orozco

Primeiro membro da banca: Márcio Montagnana Vicente Leme

Segundo membro da banca: Carlos Eduardo Castilla Alvarez

Palavras-chaves: Biomassa, Mistura não azeotrópica, ORC, Hidrofluorcarboneto, Hidrocarboneto

Data da defesa: 06/12/2019

Semestre letivo da defesa: 2019-2

Data da versão final: 16/12/2019

Data da publicação: 16/12/2019

Referência: Ázara, M. P. M. d. AVALIAÇÃO PRELIMINAR DE FLUIDOS ORGÂNICOS NÃO AZEOTRÓPICOS EM SISTEMAS ORC PARA GERAÇÃO DE POTÊNCIA ELÉTRICA. 2019. 103 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.

Resumo: O acesso a rede elétrica é ainda vedado para muitas comunidades no Brasil, principalmente por questões geográficas, tornando muitas das suas atividades produtivas limitadas e mantendo-as num baixo nível de qualidade de vida para seus moradores. Dentre estas comunidades isoladas encontra-se a comunidade de Santo Antônio, no estado do Pará, a uma distância de 92 km do município de Breves. Esta comunidade tem necessidades energéticas que são supridas mediante geradores que trabalham com diesel como combustível. No entanto, em Santo Antônio existe um potencial considerável para o uso da biomassa como fonte de energia e uma das tecnologias que oferecem bom desempenho trabalhando com estes recursos energéticos é o Ciclo Rankine Orgânico (ORC). O ORC é uma ótima maneira de aproveitar fontes de energia de baixa qualidade, uma vez que utiliza fluidos que evaporam a uma temperatura relativamente baixa. Utilizar misturas não azeotrópicas é uma maneira de aumentar a eficiência desses sistemas, uma vez que, por possuírem temperaturas de saturação de vapor mais altas que as de líquido, são capazes de absorver maior quantidade de calor da fonte quente. Nesse trabalho foi realizado um estudo de caso na comunidade citada, avaliando termodinamicamente um sistema ORC nas configurações básica e com recuperador, utilizando fluidos não azeotrópicos para suprir a demanda energética do local. Também foi realizada uma análise econômica para determinar o investimento inicial necessário de cada sistema e calculado o Custo Nivelado de Energia para analisar a viabilidade do recuperador. Esses fluidos foram obtidos mediante a mistura de dois fluidos orgânicos, variando a composição entre eles. As simulações foram realizadas utilizando a pressão de evaporação máxima de cada fluido e temperatura de condensação de 310K, utilizando água como fluido de resfriamento no condensador. Misturas entre o refrigerante r245fa e os hidrocarbonetos propano, butano e pentano com concentrações molares de 20 a 80 foram testadas, com as misturas entre o pentano e o refrigerante obtendo os melhores resultados no geral. A configuração que apresenta maior eficiência térmica é a que possui uma mistura entre pentano 80r245fa 20 como fluido de trabalho no ciclo com recuperação, possuindo valor de 16,93. Entretanto, principalmente devido a falta de dados para a estimativa de custos do combustível, a configuração mais viável economicamente é a que utiliza a mesma mistura num ciclo simples, com uma eficiência térmica de 15,62 e um Custo Nivelado de Energia de 98,88 USMWh para a menor taxa de juros simulada.

Abstract: Access to the electricity grid is still prohibited for many communities in Brazil, mainly due to geographical reasons, making many of their productive activities limited and keeping them at a low level of quality of life for their residents. Among these isolated communities is the community of Santo Antônio, in the state of Pará, at a distance of 92 km from the municipality of Breves. This community has energy needs that are met by generators that work with diesel as fuel. However, in Santo Antônio there is considerable potential for the use of biomass as an energy source and one of the technologies that offer good performance working with these energy resources is the Organic Rankine Cycle (ORC). ORC is a great way to harness low quality power sources as it uses fluids that evaporate at a relatively low temperature. Using zeotropic mixtures is a way to increase the efficiency of these systems since, as they have higher vapor saturation temperatures than liquid, they are able to absorb more heat from the hot source. In this work a case study was carried out in the community mentioned, thermodynamically evaluating an ORC system in the basic and recuperative configurations, using zeotropic fluids to supply the local energy demand. An economic analysis was also performed to determine the initial investment required for each system and the Leveled Energy Cost to calculate the viability of the stove was calculated. These fluids were obtained by mixing two organic fluids, varying the composition between them. The simulations were performed using the maximum evaporation pressure of each fluid and condensing temperature of 310K, using water as the cooling fluid in the condenser. Mixtures between r245fa refrigerant and propane, butane and pentane hydrocarbons with molar concentrations of 20 to 80 were tested, with mixtures of pentane and refrigerant giving the best overall results. The configuration with the highest thermal efficiency is that which has a mixture of pentane 80 r245fa 20 as working fluid in the recovery cycle, with a value of 16.93 . However, mainly due to the lack of data for fuel cost estimation, the most economically viable configuration is that using the same mixture in a single cycle, with a thermal efficiency of 15.62 and a Level Energy Cost of 98.88 USMWh for the lowest simulated interest rate.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_mecanica/20192201511060

URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/44626

Curso: G032 - ENGENHARIA MECÂNICA (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Marcos Paulo Martins de Ázara e Universidade Federal de Lavras

Baixar arquivo