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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17442
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Metodologia para pré-seleção de fluidos de trabalho para ciclos Rankine orgânicos |
Título(s) alternativo(s): | Methodology for pre-selection of working fluids for organic Rankine cycles |
Autor: | Rezende, Gezué dos Santos Valle |
Primeiro orientador: | Chalhub, Daniel José Nahid Mansur |
Primeiro coorientador: | Costa Filho, Manoel Antonio da Fonseca |
Primeiro membro da banca: | Maia, Cristiana Brasil |
Segundo membro da banca: | Knupp, Diego Campos |
Resumo: | Este trabalho tem como objeto propor uma metodologia para agilizar a seleção de fluidos adequados a cada aplicação num Ciclo Rankine Orgânico. Nas simulações foram usados fluidos que possibilitam o aproveitamento da energia remanescente após a turbina com o emprego de um regenerador. Foram utilizados nas simulações a exaustão de três motores diesel, com temperaturas de 775, 816 e 854 K, e uma fonte geotérmica a 480 K. Buscou-se a alcançar a máxima potência recuperável no ciclo, respeitando o Ponto de Estrangulamento da Diferença de Temperatura em 10 K tanto no evaporador quanto no condensador. Considerando o rendimento térmico e as áreas necessárias nos três trocadores de calor os fluidos mais adequados para trabalhar com os motores a diesel foram o benzeno, tolueno, n-hexano e p-xileno e com a fonte geotérmica foram HFE 7100, fluorcetona, R245fa, buteno e R11. Temperatura e pressão na saída do condensador próximas entre si, com médias respectivamente em 0,02 e 0,004, foram obtidas através de adimensionalização com referência aos pontos crítico e líquido saturado a 0,9 atm, para todas as aplicações estudadas. A máxima potência recuperada das fontes térmicas a 480, 775, 816 e 854 K foi obtida com temperaturas adimensionalizadas de vaporização próximas de 0,51; 0,79; 0,81 e 0,86, respectivamente, com as correspondentes pressões adimensionalizadas próximas de 0,23; 0,58; 0,62 e 0,68, para todos os fluidos pré-selecionados, indicando valores esperados crescentes com a temperatura da fonte, comprovando a utilidade da proposta. A proposta apresentada produziu diagramas generalizados temperatura x entropia e pressão x entalpia, capazes de representar o ciclo termodinâmico de forma praticamente sobreposta para todas as substâncias promissoras para uma dada aplicação. |
Abstract: | This work proposes a methodology to streamline the selection of fluids suitable for each application in an Organic Rankine Cycle. The simulations used fluids that allow the harvesting of energy remaining after the turbine using a regenerator. The simulations used three diesel engines with exhaust gas temperature at 775, 816, and 854 K and a geothermal source at 480 K. Simulations searched for the maximum recoverable power in the cycle, respecting the Pinch Point of the 10 K in both the evaporator and condenser. Considering the thermal efficiency and requested area for the three heat exchangers, the most suitable fluids for the diesel engine applications were benzene, toluene, n-hexane, and p-xylene, while HFE7100, fluoroketone, R245fa, and butene for the geothermal source. Temperature and pressure at the condenser outlet close to each other, with averages respectively at 0.02 and 0.004, were obtained through dimensionless with reference to the critical and saturated liquid at 0.9 atm points, for all applications studied. The maximum power recovered from the thermal sources at 480, 775, 816, and 854 K was obtained with dimensionless vaporization temperatures close to 0.51; 0.79; 0.81, and 0.86, respectively, with the corresponding dimensionless pressures close to 0.23; 0.58; 0.62, and 0.68, for all pre-selected fluids, indicating expected values increasing with the source temperature, proving the utility of the proposal. The presented proposal produced generalized temperature x entropy and pressure x enthalpy diagrams, capable of representing the thermodynamic cycle in an approximately overlapping way for all promising substances for a given application. |
Palavras-chave: | Engenharia mecânica Termodinâmica Dinâmica dos fluidos Mechanical engineering Thermodynamics Fluid dynamics |
Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
Citação: | REZENDE, Gezué dos Santos Valle. Metodologia para pré-seleção de fluidos de trabalho para ciclos Rankine orgânicos. 2021. 61 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17442 |
Data de defesa: | 29-Out-2021 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Mecânica |
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Dissertação - Gesué dos Santos Valle Rezende - 2021 - Completo.pdf | 3,78 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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