Analisi del rendimento di sistemi micro ORC di tipo sperimentale

In questo lavoro si analizza il rendimento isoentropico di diversi espansori adottati all’interno di sistemi micro-ORC (Organic Rankine Cycle). Si parte da una descrizione generale dei sistemi ORC, mettendone in evidenza le principali caratteristiche, il layout tipico, le differenze rispetto ad un ciclo Rankine tradizionale, e gli ambiti di utilizzo. Si procede ad una trattazione teorica del rendimento isoentropico del compressore e dell’espansore, specificando le ipotesi adottate nei calcoli e mettendo in luce la relazione tra rendimento isoentropico e politropico nell’uno e nell’altro apparato. Si passa poi alla descrizione delle quattro principali tipologie di espansori presenti in letteratura: scroll, screw, vane e piston, e si prosegue con l'analisi nel dettaglio della letteratura relativa alla valutazione dell’efficienza di questi quando utilizzati all’interno di un sistema micro-ORC. Infine, dopo aver descritto il sistema ORC del laboratorio di via Terracini del DIN, illustrandone layout, componenti principali, potenza scambiata all’interno dei componenti e modalità di calcolo adottata per la valutazione del rendimento isoentropico dell’espansore e del sistema complessivo, si confrontano i dati di efficienza di questo con quelli reperiti in letteratura. Il confronto del rendimento, dell'espansore e complessivo, del sistema del DIN, 33.8% e 1,818% rispettivamente, con quelli degli altri sistemi, è risultato di difficilmente valutazione a causa delle condizioni di forte off-design del sistema stesso. Dalla ricerca è inoltre emerso che i fluidi più utilizzati nella sperimentazione, e dunque capaci di migliori prestazioni, sono R245fa, R134a e R123. Per quel che riguarda infine gli espansori, nel range di potenza di 1-10 kW, lo scroll risulta essere il migliore.

Investigação experimental de permutadores de calor para aplicação em sistema de recuperação de energia térmica de veículos

Devido às normas ambientais atualmente em vigor que restringem a quantidade de gases poluentes emitidos para a atmosfera pelos automóveis, e também pela cada vez maior consciencialização para os problemas ambientais que o consumo de combustíveis fósseis acarreta, assim como devido ao cada vez mais elevado preço dos mesmos, os construtores automóveis têm como principal objectivo a redução do consumo do combustível e consequente diminuição de emissão de poluentes. Os sistemas de reaproveitamento da energia térmica desperdiçada nos motores de combustão interna (MCI), podem contribuir de forma significativa para o aumento da eficiência de conversão de energia em veículos equipados com MCI. O presente estudo é dedicado ao desenvolvimento de um sistema de recupereração desta energia desperdiçada, recorrendo ao ciclo de Rankine, com ênfase no desenvolvimento da montagem experimental, na avaliação do desempenho de diferentes geometrias de evaporador e no estudo das incertezas experimentais. Tendo em conta as várias restrições de projeto (compacidade, perda de carga e potência recuperada por unidade de volume) o presente trabalho permitiu identificar a geometria do evaporador mais adequada.

Aplicação de um ciclo orgânico de Rankine à indústria Naval

Trabalho Final de Mestrado para obtenção de grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Maximização da valorização energética em aterros sanitários recorrendo a equipamentos baseados no Ciclo Orgânico de Rankine (ORC)

Atualmente, os aterros sanitários representam uma solução para a gestão e tratamento dos resíduos sólidos urbanos. Da deposição, ocorrem duas formas de emissões ao longo do tempo, a produção de biogás e de lixiviados, que resultam sobretudo da decomposição da matéria orgânica. Um dos principais constituintes do biogás é o metano, o qual tem elevado poder calorífico. O presente trabalho aborda, a maximização da valorização energética em aterros sanitários, recorrendo a equipamentos baseados no Ciclo Orgânico de Rankine (ORC) para a produção de eletricidade. É apresentado como caso de estudo a central de valorização energética da Suldouro, em Sermonde, que produz eletricidade a partir do biogás resultante da decomposição da matéria orgânica depositada em aterro. O biogás é utilizado como combustível para os motogeradores utilizados para o seu aproveitamento energético, sendo que apenas cerca de 40% do potencial energético contido no biogás é transformado em eletricidade, registando-se perdas sobretudo nas emissões dos gases de exaustão e na água de arrefecimento dos motores. Para avaliação do potencial da recuperação energética dos gases de escape é avaliado o desempenho termodinâmico do ciclo ORC. Para tal foi desenvolvida uma ferramenta em MATLAB utilizando como modelo a configuração do ORC com recuperador de calor. O cálculo das propriedades termodinâmicas dos fluidos foi obtido através da criação de uma sub-rotina que chama o programa CoolProp. Este programa restitui propriedades como a entalpia, entropia, pressões e temperaturas em cada ponto do ciclo, permitindo assim ao utilizador otimizar o tempo na obtenção de resultados. A avaliação económica é fundamental na tomada de decisões por parte do investidor e dos financiadores do projeto. É então apresentada a análise económica e efetuada uma análise de sensibilidade, onde foram efetuadas variações nos vetores mais importantes de forma a poder avaliar-se o impacto em termos da sua rentabilidade. A ferramenta desenvolvida permite obter de forma prática, os três indicadores económicos extremamente influentes no que se refere à tomada de decisão. A utilização dos sistemas ORC e os seus benefícios não se esgotam na maximização dos aproveitamentos da valorização energética em aterros sanitários. Também a recuperação de calor para a produção de energia elétrica pode ter um impacto importante em muitos setores intensivos de energia, contribuindo significativamente para a redução do consumo e aumentando a eficiência de todo o processo de produção.

Programa didáctico sobre el ciclo de Rankine sencillo RANKINE V1.0.

Resumen tomado de la publicación

Simulador em regime transiente de alguns equipamentos de um ciclo de Rankine regenerativo

Este trabalho apresenta um modelamento computacional dos diversos componentes de um ciclo de Rankine regenerativo em operação transiente, utilizando as leis fundamentais de balanço de massa e energia, além de algumas equações constitutivas. O cálculo das propriedades termodinâmicas foi realizado através de rotinas desenvolvidas no Grupo de Estudos Térmicos e Energéticos (GESTE) da UFRGS. Os componentes com comportamento inercial são o condensador e o tanque de água de alimentação. Os demais respondem instantaneamente. O método de solução das equações algébricas é seqüencial e o avanço no tempo é totalmente implícito. Primeiramente o sistema é colocado em regime permanente, a partir do qual é introduzida uma mudança de carga na turbina em um determinado intervalo de tempo. Algumas variáveis prescritas foram obtidas a partir de dados reais de uma usina termelétrica. A partir desse modelamento foi possível investigar o comportamento dinâmico do condensador e do tanque de alimentação e de que maneira estes efeitos eram percebidos pelos demais componentes. Os resultados obtidos demonstram que ambos possuem um comportamento dinâmico, sendo que o condensador apresenta uma constante de tempo menor que o tanque de alimentação. O condensador, por rejeitar o calor necessário, acaba por perceber rapidamente as oscilações introduzidas no ciclo Além disto é apresentado um método para determinação de coeficientes globais de troca térmica em condensadores e regeneradores. Os resultados obtidos neste trabalho foram utilizados na modelagem desses componentes durante a construção de um simulador em regime permanente da UTE Presidente Médici - Fase B. Também foi realizada uma pesquisa sobre os diversos programas simuladores de plantas de potência, assim como uma discussão das vantagens introduzidas por simuladores dinâmicos e em regime permanente nas decisões de engenharia.

Aplicación del ciclo orgánico de Rankine para el aprovechamiento de calor residual en una refinería

Este proyecto tiene por objeto el aprovechamiento de calor residual de corrientes de refinería, con bajo nivel térmico y su transformación en energía eléctrica, mediante el ciclo orgánico de Rankine (ORC). Este proceso es similar al ciclo básico de Rankine pero en vez de agua utiliza un fluido orgánico de elevado peso molecular. Este tipo de ciclos se puede utilizar para recuperar calor de fuentes de baja temperatura. Este calor se convierte en trabajo útil que se transforma en electricidad. El principio de trabajo del ciclo orgánico de Rankine es un fluido de trabajo en fase líquida que se bombea a una caldera, donde se evapora y tras pasar a través de una turbina, se condensa de nuevo para iniciar el ciclo. Para la elección de las tecnologías ORC se realizó un estudio de las disponibles en el mercado y se llevó a cabo un análisis de las corrientes con calor residual disponibles en la refinería. Seleccionadas las tecnologías, se realizó un análisis de viabilidad del uso de ciclos ORC para el aprovechamiento de la energía residual en la refinería. Los resultados confirmaron que la aplicación de estos ciclos ORC es rentable, desde el punto de vista económico, técnico y medioambiental. ABSTRACT The objective of the project is the utilization of waste heat from low thermal refinery streams and its subsequent transformation into electrical energy through the application of Organic Rankine Cycle (ORC). This process is similar to Rankine’s basic cycle but instead of water it uses a heavier molecular organic fluid. This type of cycles can be put into use to recover heat from low temperature sources. The heat transforms into useful energy that is converted into electricity. The working principle of the Organic Rankine Cycle is an active fluid in liquid phase which is pumped into a boiler where it evaporates and, after passing through a turbine, it condenses once more restarting the whole cycle over again. Before choosing the ORC technologies, a study was conducted on those products available in the market and an analysis of the waste streams in the refinery was also carried out. Having chosen the technologies, a feasibility study was performed on the use of ORC cycles for the re-utilization of waste energy in the refinery. The results confirmed that the use of ORC cycles is profitable, making it attractive from an economical, technical and environmental point of view.

Métodos de simulação para ciclos de Rankine

O presente trabalho é dedicado ao estudo de métodos de simulação para ciclos de Rankine. O trabalho é iniciado com a modelagem de um ciclo de Rankine simples e segue evoluindo para configurações mais complexas tal como o ciclo de Rankine com reaquecimento e regeneração. São adotadas as considerações mais convencionais da prática de projeto de centrais termelétricas cujos sistema térmicos baseiam-se no ciclo de Rankine, incluindo-se queda de pressão em tubulações do circuito além de outras perdas. Em seguida, são estabelecidas as expressões matemáticas que possibilitam a determinação das propriedades termodinâmicas da água em seus mais diversos estados ao longo do ciclo. Por último, são desenvolvidos métodos de simulação, chamados neste trabalho de Substituição Sucessiva e Bloco Único, que caracterizam-se pela resolução simultânea do conjunto de equações algébricas dos ciclos elaborados. As simulações são efetuadas através de programas escritos na linguagem Fortran. Os métodos de simulação são aplicados para a obtenção dos resultados considerados mais importantes na análise de sistemas térmicos de potência, tais como rendimento térmico do ciclo, título na saída da turbina, vazões mássicas pelo sistema, potência nas bombas e calor trocado no gerador de vapor e no condensador Na maioria das simulações, estes resultados apresentam-se como funções da: (1) potência elétrica requerida, eficiência isentrópica e pressões na turbina; (2) eficiência térmica, pressão e temperatura no gerador de vapor; (3) pressão e grau de subresfriamento do líquido saturado no condensador e (4) eficiência isentrópica das bombas. São obtidos os mesmos resultados para os métodos de simulação utilizados. O método da Substituição Sucessiva apresentou menor tempo computacional, principalmente para configurações de ciclo mais complexas. Uma aplicação alternativa do método de Bloco Único demonstrou ser inconveniente para ciclos de configurações mais complexas devido ao elevado tempo computacional, quando todas as equações de cálculo das propriedades termodinâmicas são incluídas no sistema de equações a ser resolvido. Melhores rendimentos térmicos e título na saída da turbina foram obtidos para configurações de ciclo de Rankine com reaquecimento e regeneração.

Waste Heat Recovery Systems: Numerical and Experimental Analysis of organic Rankine Cycle Solutions

This thesis aims to present the ORC technology, its advantages and related problems. In particular, it provides an analysis of ORC waste heat recovery system in different and innovative scenarios, focusing on cases from the biggest to the lowest scale. Both industrial and residential ORC applications are considered. In both applications, the installation of a subcritical and recuperated ORC system is examined. Moreover, heat recovery is considered in absence of an intermediate heat transfer circuit. This solution allow to improve the recovery efficiency, but requiring safety precautions. Possible integrations of ORC systems with renewable sources are also presented and investigated to improve the non-programmable source exploitation. In particular, the offshore oil and gas sector has been selected as a promising industrial large-scale ORC application. From the design of ORC systems coupled with Gas Turbines (GTs) as topper systems, the dynamic behavior of the GT+ORC innovative combined cycles has been analyzed by developing a dynamic model of all the considered components. The dynamic behavior is caused by integration with a wind farm. The electric and thermal aspects have been examined to identify the advantages related to the waste heat recovery system installation. Moreover, an experimental test rig has been realized to test the performance of a micro-scale ORC prototype. The prototype recovers heat from a low temperature water stream, available for instance in industrial or residential waste heat. In the test bench, various sensors have been installed, an acquisitions system developed in Labview environment to completely analyze the ORC behavior. Data collected in real time and corresponding to the system dynamic behavior have been used to evaluate the system performance based on selected indexes. Moreover, various operational steady-state conditions are identified and operation maps are realized for a completely characterization of the system and to detect the optimal operating conditions.

Características espectrais da soja ao longo do ciclo vegetativo com imagens landsat 5/TM em área agrícola no oeste do Paraná

The objective of this study was to analyze changes in the spectral behavior of the soybean crop through spectral profiles of the vegetation indexes NDVI and GVI, expressed by different physical values such as apparent bi-directional reflectance factor (BRF), surface BRF, and normalized BRF derived from images of the Landsat 5/TM. A soybean area located in Cascavel, Paraná, was monitored by using five images of Landsat 5/TM during the 2004/2005 harvesting season. The images were submitted to radiometric transformation, atmospheric correction and normalization, determining physical values of apparent BRF, surface BRF and normalized BRF. NDVI and GVI images were generated in order to distinguish the soybean biomass spectral response. The treatments showed different results for apparent, surface and normalized BRF. Through the profiles of average NDVI and GVI, it was possible to monitor the entire soybean cycle, characterizing its development. It was also observed that the data from normalized BRF negatively affected the spectral curve of soybean crop, mainly, during the phase of vegetative growth, in the 12-9-2004 image.

Comparação entre diferentes ciclo simuladores e ciclismo em velódromo : testes de desempenho máximo de 5 quilômetros

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Mudanças do desempenho da força explosiva durante um ciclo anual em voleibolistas na puberdade

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Mortes por doenças infecciosas em mulheres: ocorrências no ciclo gravídico-puerperal

OBJETIVO: Descrever os óbitos por doenças infecciosas como causa básica ou múltipla, caracterizando os casos de doença infecciosa preexistente ou desenvolvida na gravidez, aqueles que são mortes maternas por causas obstétricas indiretas e os óbitos por Aids ou outras doenças infecciosas, ocorridos no ciclo gravídico puerperal, havendo dúvidas na classificação. MÉTODOS: Adotou-se a metodologia RAMOS (partindo-se da declaração de óbito -DO- original, dados reais são resgatados por entrevista domiciliar, consultas a prontuários hospitalares e laudos de autopsia; elaborando-se uma nova DO, com as reais causas de morte). População foi constituída pelos óbitos femininos de 10 a 49 anos, de residentes nas capitais brasileiras, do 1º semestre de 2002. As causas foram analisadas em básicas e múltiplas. RESULTADOS: Dos 7.332 óbitos, 917 apresentaram uma doença infecciosa como causa básica (Aids e tuberculose, principalmente). Em 37 casos, a falecida estava no ciclo gravídico puerperal ampliado (englobando, inclusive, mortes ocorridas de 43 dias até um ano pós-parto); 10 não foram classificadas como obstétricas indiretas permanecendo como infecciosas e 14 eram obstétricas indiretas. Quanto às causas múltiplas, para 791 mortes, cujas causas básicas não eram maternas nem infecciosas, houve 1.016 menções de doenças infecciosas (média de 1,28 menção/óbito). CONCLUSÃO: Como o número de mortes maternas é pequeno, recomenda-se, que investigações dos casos graves de complicações da gravidez, parto e puerpério que não faleceram (near-miss) sejam feitas, pois, sendo mais numerosos, representam importante subsídio para estudos da mortalidade materna.

Dietas com nitrogênio não-proteico para fêmeas bovinas superovuladas sem prévia adaptação durante curto tempo e em diferentes fases do ciclo estral

Objetivou-se neste estudo avaliar o efeito do fornecimento, sem prévia adaptação, durante curto tempo e em diferentes fases do ciclo estral, de dietas contendo nitrogênio não-proteico (NNP) na produção, na qualidade e no grau de desenvolvimento de embriões recuperados em fêmeas bovinas superovuladas. Sessenta e oito vacas Nelore foram distribuídas em três grupos: um controle e dois com fornecimento de ureia antes (UA = do dia -5 ao dia 0) e após (UD = dia 0 ao dia 5) a inseminação artificial. As vacas foram mantidas em pastagem e receberam concentrado (3,0 kg/animal/dia) durante 16 dias. Foram formulados dois concentrados, e as dietas totais (concentrado e consumo estimado de pastagem) apresentaram 12,0% (dieta controle) e 14,6% (dieta NNP) de proteína bruta (PB). As vacas foram sincronizadas, superovuladas e inseminadas. Sete dias (dia 7) após a inseminação (dia 0), realizou-se a colheita e análise dos embriões. Amostras de sangue foram coletadas nos dias -5, 0 e 5 para determinação da concentração de nitrogênio ureico plasmático (NUP), glicose, insulina e progesterona. A época de fornecimento de ureia influenciou as concentrações médias de NUP nos dias -5, 0 e 5, mas não tiveram efeito nas concentrações de glicose, insulina e progesterona. O período de fornecimento da ureia teve efeito na porcentagem de mórulas compactas em relação ao total de estruturas (UA = 51,4 vs. UD = 15,3%), em relação ao total de oócitos fecundados (UA = 62,5 vs. UD = 30,6%) e em relação ao total de embriões viáveis (UA = 68,8 vs. UD = 38,6%). No grupo que recebeu ureia depois da inseminação artificial, houve redução de 70,2% da proporção de mórulas compactas por total de estruturas em relação ao grupo que recebeu ureia antes da inseminação. Dietas com nitrogênio não-proteico fornecidas imediatamente após a inseminação promovem aceleração do desenvolvimento embrionário inicial.