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Trabalho sobre eficiência energética em ciclos Rankine.
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
GRANDE SOLUÇÃO
APLICANDO ANTIGOS
CONHECIMENTOS
Mestrado em Engenharia de EnergiaAuditoria Energética em Edificações
Industriais Prof. Teresa Cristina Bessa Nogueira
Assunção
Aluna: Flávia Aparecida de Paula Araújo
2
Redução de emissões de CO2
Maior eficiência maior potencial de
oferta de energia
Melhor aproveitamento dos gases de
combustão industrial
Captura do CO2
Ciclo Rankine Orgânico (ORC)
Ciclo Brayton com CO2
Aplicações simultâneas das duas tecnologias
Introdução
3
Variáveis da Engenharia Química
Ponto de orvalho;
Baixas concentrações de CO2;
Baixa pressão dos gases de combustão;
Presença de oxigênio;
SO2 e NO2 presentes no sistema
Introdução
4
Extração de energia de gases de
combustão com temperaturas
relativamente baixas;
Recuperação de energia sob a forma de
eletricidade;
Substitui-se o fluido circulante (água)
por composto orgânico
Ciclo Rankine Orgânico
6
Caldeira – temperatura dos gases de combustão entre
175⁰C e 220⁰C
Turbina – temperatura dos gases de exaustão acima de
400⁰ C (sistema típico)
Gases efluentes usando R-245fa < 85⁰C
Ciclo Rankine Orgânico
7
Relação linear entre a razão (Rec - Potência
elétrica líquida/milhão de m3/h de gás de
combustão) e a temperatura dos gases de
combustão;
Quanto maior a temperatura dos gases de
combustão saindo da chaminé, maior a
razão (Rec);
Melhora de desempenho de equipamentos
com menor eficiência.
Ciclo Rankine Orgânico
8
Considerações de entrada:
Balanços materiais e de energia;
Dimensionamento de equipamentos;
Escolha de condições de implementação;
Vazão, temperatura e composição dos
gases de combustão ;
Temperatura ambiente e dados climáticos
da região;
Ciclo Rankine Orgânico
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Fluido circulante
Propriedades termodinâmicas do fluido;
Temperatura crítica e ponto de condensação
relativamente altos;
Elevada temperatura de decomposição;
Não deve ser considerado composto
orgânico volátil pela legislação local;
Ciclo Rankine Orgânico
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Considerações de saída:
Temperatura não pode ser tão baixa;
Evitar condensação de ácido;
Operação acima do ponto de orvalho dos gases;
Vapor de água e SOx;
Sistema de água de resfriamento – maior economia
e menor espaço;
Utilização do calor do exausto da turbina para pré-
aquecer o fluido bombeado para o evaporador.
Ciclo Rankine Orgânico
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Ciclo de uma turbina a gás;
Ar atmosférico é comprimido (compressor centrífugo ou axial) no
eixo da turbina;
Gerador de energia elétrica no mesmo eixo (lado oposto ao
compressor);
Ar comprimido se junta ao combustível (câmara de combustão);
Gases de combustão são expandidos na turbina;
Fornecimento de potência para compressor e de energia útil para
equipamento;
Ciclo Brayton com CO2
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Ciclo de Brayton aberto:
Gases saem do sistema com grande quantidade de
energia térmica.
Ciclo de Brayton aberto:
Gases exaustos da turbina retornam ao compressor e
seguirem novamente para o circuito.
Diferença: no sistema fechado o fluido de trabalho
permanece no sistema e a fonte de calor fica fora do
sistema para suprir o fluido de energia.
Ciclo Brayton com CO2
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CO2 é comprimido e aquecido para condições
supercríticas (T > 31⁰C e P > 73 atm);
Acionamento da turbina;
Geração de energia elétrica;
Ciclo Brayton com CO2
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Vantagens:
Menor energia requerida para compressão do fluido
(gás quase incompressível);
Capacidade de liberar calor a temperatura quase
constante (reaquecimento ou processo de reinjeção);
Requer turbo máquinas menores em até 20% (Alta
massa específica e única fase em todo o ciclo);
Projeto mais simples com menor número de auxiliares
(Fluido circulante sem mudança de fase).
Ciclo Brayton com CO2
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ORC pode ser instalada em qualquer
equipamento que opere com fonte de calor por
meio de combustão;
Gases de combustão mais frios possibilitam a
inclusão de processos modernos de separação de
CO2;
CO2 concentrado no estado supercrítico pode ser
usado como fluido de trabalho de um ciclo
Brayton;
Conclusão
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Aplicações do efluente de CO2:
Confinamento geológico em minas de sal;
Reservatórios exauridos de óleo e gás;
Recuperação de poços de petróleo;
Refrigeração por meio de sublimação no estado sólido;
Inertização e purga de vasos e tanques de processos químicos;
Uso como agente extintor de incêndio;
Desobstrução de poços tubulares;
Matéria-prima pra produção de Uréia, Sílica, Carbonatos
estáveis, polímero biodegradável;
Captura de CO2 por algas para produção de biodiesel e bioetanol.
Conclusão
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SARAIVA, Antônio José Ferreira. Engenharia de processo
nas plantas industriais, Salvador, 2010.
SARAIVA, Antônio José Ferreira. Alternativas para redução
dos descartes de CO2 para a atmosfera. Relatório de
consultoria, julho de 2008.
ONDREY, Gerald. Supercritical CO2 Brayton-cycle system
packs efficincy into small footprint. Chemical
Engeneering, Chementador, New York, v. 118, n.4, p-11,
april 2011
http://www.saraivavogal.com.br/noticias/EFICIENCIA_ENE
RGETICA_-_
ARTIGO.pdf, acessado em 03 de outubro de 2015
Referências
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