Análise exergética de um ciclo Rankine orgânico operando com tolueno para recuperação de calor em uma usina termelétrica
Diego Luis Izidoro1; Victor Andrés Patiño Mantilla1; Julián Camilo Restrepo Lozano1; Osvaldo José Venturini1; José Carlos Escobar Palacio1
1 Universidade Federal de Itajubá
doi:10.20906/CPS/CON-2016-1422
Resumo
Devido à mudança climática atual produzida em parte pelas altas emissões de monóxido e dióxido de carbono, produtos da combustão de combustíveis fósseis, tem-se adotado diferentes estratégias as quais procuram aumentar a eficiência dos sistemas de conversão de energia. Um dos exemplos disto são as usinas térmicas de ciclo combinado, baseadas em turbinas a gás e a vapor. Operando separadamente, as turbinas a gás e os ciclos a vapor alcançam eficiências médias em torno de 35 a 40%. No entanto, a combinação destes dois sistemas para a geração de eletricidade a partir da queima de um único combustível pode alcançar eficiências de até 60%. Apesar do elevado valor de eficiência comparado com outros sistemas, as usinas termelétricas de ciclo combinado possuem pontos de dissipação de calor em todo o processo os quais diminuem a eficiência geral do ciclo e que se localizam principalmente em trocadores de calor que compõem o sistema e também nos gases de escape. O calor desses pontos pode ser aproveitado para incrementar ainda mais a eficiência global das plantas. No entanto, o calor dissipado na maioria dos processos industriais e de geração de energia elétrica (incluindo as plantas de ciclo combinado) é de baixa qualidade. Isto significa que os fluxos mássicos que contém este calor estão a temperaturas e pressões não muito elevadas. Para esse tipo de situação, o ciclo Rankine convencional não é adequado devido ao seu baixo rendimento operando a baixas temperaturas. A maneira mais eficiente de se converter o calor de baixa qualidade em eletricidade é por meio do uso de fluidos orgânicos em um ciclo rankine (ORC). Entre as vantagens no uso de sistemas ORC estão: melhor aproveitamento dos recursos energéticos, redução do porte dos sistemas, redução das emissões de poluentes e a possibilidade de redução do custo da energia gerada. Neste trabalho, um ciclo Rankine orgânico utilizando tolueno como fluido de trabalho é integrado a uma turbina a gás para recuperar o calor residual de uma das extrações do compressor. Para avaliar
Palavras-chave: Ciclo Rankine orgânico; Análise exergética; Eficiência; Conversão de Energia