Título: AVALIAÇÃO DE CICLOS TERMODINÂMICOS PARA REPOTENCIAÇÃO DE USINAS TERMELÉTRICAS ESTUDO DE CASO TERMELÉTRICA VIANA S.A.

Título alternativo: EVALUATION OF THERMODYNAMIC CYCLES FOR THE RETROFIT OF THERMAL POWER PLANTS CASE STUDY TERMELÉTRICA VIANA S.A.

Autoria de: Marcos Vinicius da Purificacao Ferreira

Orientação de: Dimas Jose Rua Orozco

Presidente da banca: Dimas José Rúa Orozco

Primeiro membro da banca: Carlos Eduardo Castilla Alvarez

Segundo membro da banca: Henrique Leandro Silveira

Terceiro membro da banca: Márcio Montagnana Vicente Leme

Palavras-chaves: Ciclo Goswami, Ciclo Kalina, Ciclo Rankine Orgânico, Recuperação de Calor Residual, Usinas Termelétricas de Motores de Combustão Interna

Data da defesa: 24/10/2023

Semestre letivo da defesa: 2023-2

Data da versão final: 14/11/2023

Data da publicação: 14/11/2023

Referência: Ferreira, M. V. d. P. AVALIAÇÃO DE CICLOS TERMODINÂMICOS PARA REPOTENCIAÇÃO DE USINAS TERMELÉTRICAS ESTUDO DE CASO TERMELÉTRICA VIANA S.A.. 2023. 87 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.

Resumo: A crescente demanda por energia elétrica tem feito com que as usinas termelétricas brasileiras, em sua maioria projetadas e concebidas com baixo custo e baixa eficiência, operem com maior frequência. Estas usinas descartam grande parte do calor residual que pode ser aproveitado para repotenciação e aumento da eficiência dessas instalações, sem consumo adicional de combustível. No contexto das usinas termelétricas que utilizam motores de combustão interna, a repotenciação é geralmente realizada de duas formas reaproveitamento do calor residual para (1) geração de potência adicional em ciclos bottoming ou (2) resfriamento do ar de admissão dos motores através de chillers de absorção, aumentando a potência gerada pelo próprio motor e reduzindo o consumo específico de combustível. O ciclo Goswami se apresenta como uma importante alternativa, pois, sendo um ciclo de cogeração, pode atuar nas duas vertentes de repotenciação citadas, aumentando a eficiência da planta. Neste trabalho, é realizada uma avaliação termodinâmica e econômica de um ciclo Goswami como alternativa de repotenciação da Usina Termelétrica Viana (Espírito Santo, Brasil), comparando-o com os ciclos comerciais Kalina e Rankine orgânico. A análise termodinâmica é baseada na Primeira e Segunda Lei da termodinâmica com a finalidade de avaliar qual alternativa fornece maior potência líquida adicional e maior eficiência quando incorporada à usina. Além disso, os ciclos Goswami e Kalina foram otimizados pelo método de algoritmos genéticos, enquanto o ciclo Rankine orgânico foi otimizado utilizando o método de busca da seção áurea, com o intuito de identificar os parâmetros que maximizam o desempenho dos ciclos. O modelo econômico adotado para estimar o custo de investimento para cada alternativa é o de custo modular. Os resultados revelaram um considerável potencial do ciclo Goswami para geração de efeito de refrigeração. Entretanto, sua eficiência na maximização da potência elétrica gerada foi limitada, sendo a pior opção dentre as alternativas analisadas neste estudo. Por outro lado, constatou-se um potencial de geração de energia adicional de até 6,93 MW através de um ciclo ORC, aumentando a geração de energia líquida em 3,97 da capacidade instalada. A avaliação econômica apresentou um custo de investimento de US 2.783.897 para o ciclo ORC a um custo de capital específico de 6.030 USkW.

Abstract: The growing demand for electrical energy has led the Brazilian thermoelectric power plants, mostly designed and built with low cost and reduced efficiency, to operate more frequently. These plants eliminate a large part of the residual heat that could be used for repowering and increasing the efficiency of these installations, without additional fuel consumption. In the context of thermoelectric plants that use internal combustion engines, repowering is usually done in two ways reuse of residual heat for (1) additional power generation in bottoming cycles or (2) cooling the engine intake air through absorption chillers, increasing the power generated by the engine itself and reducing specific fuel consumption. The Goswami cycle presents itself as an important alternative, as a cogeneration cycle that can act on both repowering strands, increasing plant efficiency. In this work, a thermodynamic and economic evaluation of a Goswami cycle as a repowering alternative for the Viana Thermal Power Plant (Espírito Santo, Brazil) is carried out, comparing it with the commercial Kalina and organic Rankine cycles. The thermodynamic analysis is based on the First and Second Laws of thermodynamics to evaluate which alternative provides greater additional net power and greater efficiency when incorporated into the plant. Furthermore, the Goswami and Kalina cycles were optimized using genetic algorithms, while the organic Rankine cycle was optimized using the golden section search method, aiming to identify the parameters that maximize the performance of the cycles. The economic model adopted to estimate the investment cost for each alternative is the modular cost. The results revealed a significant potential for the Goswami cycle in generating refrigeration effects. However, its efficiency in maximizing generated electrical power was limited, making it the least favorable option among those analyzed in this study. On the other hand, a potential for additional energy generation of up to 6.93 MW was found through a ORC cycle, increasing net power generation by 3.97 of installed capacity. The economic evaluation presented an investment cost of US 2,783,897 for the ORC cycle at a specific capital cost of 6,030 USkW.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_mecanica/20232201720828

URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.

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 Vinicius da Purificacao Ferreira e Universidade Federal de Lavras

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