Avaliação e dimensionamento de sistemas de recuperação de calor para operar em ciclo rankine orgânico – ORC

Resumo

O presente trabalho busca identificar os parâmetros de operação de sistemas de recuperação de calor para operar em Ciclos Rankine Orgânicos (Organic Rankine Cycle – ORC), buscando desenvolvimento de uma ferramenta computacional para análise térmica e fluido dinâmica do ciclo ORC, em função da disponibilidade de energia e para o dimensionamento básico dos principais componentes do mesmo. Foram definidas duas condições de trabalho para o projeto : uma de 50 kW e outra de 200 kW, sendo que o fluido de trabalho utilizado é o R245fa. Primeiramente foram identificados os componentes e processos presentes no ORC, sendo que os componentes básicos do ciclo são uma turbina, um condensador, uma bomba e um gerador de vapor. Os processos são uma expansão isentrópica, condensação à pressão constante, compressão isentrópica e, por fim, adição de calor à pressão constante. Com base nisso, foram definidos quatro pontos de importância no processo (1: entrada da turbina; 2: saída da turbina – entrada do condensador; 3: saída do condensador – entrada da bomba; 4: saída da bomba – entrada do gerador de vapor) que serviram de referência ao longo do projeto. Ao realizar um estudo sobre a eficiência de um sistema em ORC, verificou-se que os principais fatores que influenciam na mesma são o fluido de trabalho e o dimensionamento da turbina. Sendo assim, realizou-se uma pesquisa e análise a respeito do fluido R245fa, determinando propriedades pertinentes para o projeto, além de avaliar a escolha deste fluido para esse sistema. Após, foi realizado o estudo das variáveis existentes em cada um dos processos existentes, e o levantamento do seu respectivo equacionamento. A partir desses valores de disponibilidade de energia foram desenvolvidos cálculos para avaliar o ciclo e realizar o dimensionamento básico dos componentes. Para isso, foi desenvolvida uma ferramenta de análise para dimensionamento das plantas e seus respectivos componentes, por meio de planilha eletrônica.