Título

    CONFIGURAÇÃO DE UM CICLO RANKINE ORGÂNICO DE 5 KW E DIMENSIONAMENTO TÉRMICO DE SEU CONDENSADOR

Orientador(a)

    Prof. Diego Cunha Malagueta

Resumo

    Atualmente o aumento da demanda energética mundial, a instabilidade dos preços de combustíveis convencionais e a crescente preocupação com o meio ambiente vem tornando cada vez mais necessária a diversificação da matriz energética voltada para fontes renováveis. Uma dessas opções é a energia solar térmica de alta potência, na forma de plantas de geração de energia elétrica através de concentradores solares (CSP). Plantas CSP que operam através de um Ciclo Rankine Orgânico (ORC) têm demonstrado grande viabilidade para o cenário brasileiro, pelo fato de poderem operar com relativamente boa flexibilidade para lidar com variações da DNI (Irradiação solar direta normal) e da carga, num ciclo termodinâmico com temperaturas relativamente baixas e com instalações modulares de fácil implementação.
    O objetivo principal deste trabalho é a configuração do ciclo termodinâmico ORC de 5KW de potência útil, a seleção do fluido de trabalho e o dimensionamento de um condensador que atenderá às demandas deste ciclo. O estudo apresentado possui como principal justificativa o projeto da construção de um protótipo de planta CSP de 5KW no campus UFRJ – Macaé. A metodologia utilizada para as análises do ciclo ORC e seleção do fluido orgânico de trabalho é baseada principalmente nos trabalhos de Tchanche et al. (2009) e Sotomonte (2015). Todo o dimensionamento equacionado do condensador é realizado de acordo com o método presente em Kern (1965). Como resultado deste trabalho foi possível obter o dimensionamento adequado e a apresentação de análises e comentários pertinentes referentes aos resultados e metodologias utilizadas, de maneira que espera-se contribuir para a fabricação deste protótipo, incentivando a nacionalização dos componentes de uma planta CSP-ORC.

Abstract

    Currently, the worldwide increased energy demand, the instability of conventional fuels prices and the rising environmental concerns make the diversification of the energy system focused in renewable sources increasingly necessary. One of these options is the high power solar energy, shaped in concentrated solar power plants (CSP). CSP power plants operating through an Organic Rankine Cycle (ORC) have shown great viability in the Brazilian scenery, due to the fact that it can operate with relatively good flexibility to deal with variable DNI (Direct Normal Irradiance) and load, with relatively low temperatures thermodynamic cycle and modular system of easy implementation.
    The main objective of this project is the configuration of an ORC thermodynamic cycle that generate 5KW of useful power, the working fluid selection and the thermal design of a condenser that meets the demands of the cycle. The major reason of this study is the construction of a 5KW CSP power plant prototype in the UFRJ – Macaé campus. The methodologies used in the analysis of the ORC and selection of the organic working fluid are mainly based in the papers of Tchanche et al. (2009) e Sotomonte (2015). All of the equations used in the condenser design are according with the methodology described by Kern (1965). As result, this work provides a proper design and presents pertinent comments and analysis of the applied methodologies, that contribute to the fabrication of this prototype, encouraging the nationalization of the components of a ORC-CSP power plant.

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