ciclo rankine orgânico

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

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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

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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

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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

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Configuração do 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


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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.


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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;


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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;


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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.


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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;


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Configuração do Ciclo Brayton proposto


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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.


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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;


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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).


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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

http://www.saraivavogal.com.br/noticias/EFICIENCIA_ENERGETICA_-_ARTIGO.pdf



ciclo rankine orgânico

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