Estudo de aplicação de coletores solares na produção de eletricidade e calor para uso doméstico

O trabalho apresentado explora o aproveitamento da energia solar para suprir as necessidades energéticas, tanto elétricas como térmicas, de uma habitação tipo 3, recorrendo ao uso de coletores solares, em que o fluido de trabalho é água. As necessidades elétricas serão supridas através da produção de energia com recurso a um ciclo de Rankine, em que fluido de trabalho é um frigorigénio aquecido através de um permutador cujo fluido quente será uma mistura, de água com anticongelante, aquecida pelo coletor solar. Por outro lado, as necessidades térmicas serão satisfeitas através do calor libertado no ciclo de Rankine. Na instalação solar estará integrado um acumulador térmico com apoio energético, caldeira elétrica, que funcionará nas situações em que coletor seja insuficiente para satisfazer as necessidades térmicas. No final será feita uma avaliação económica para que possa atestar a viabilidade económica do projeto, tendo em conta os seus custos totais versus as poupanças energéticas que este sistema origina.

Análise de sistemas de cogeração com gaseificação de licor negro no setor de papel e celulose

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Metodologia para análise exergética-econômica de plantas a vapor para geração de eletricidade consumido resíduo de biomassa amazônica

A disponibilidade de recursos energéticos em um país impacta diretamente no seu desenvolvimento sócio-econômico. Com a elevação dos preços dos energéticos no Brasil, a eficientização do uso de energia tornar-se uma atividade estratégica para o setor industrial. Com esse intuito as avaliações energéticas empregadas nesse setor objetivam otimizar a eficiência dos seus sistemas térmicos. Essas avaliações de desempenho energético são baseadas na Primeira Lei da Termodinâmica e são capazes de identificar apenas as perdas de energia, diferente da avaliação exergética que permite qualificar essa energia perdida. Devido a essa análise de qualificação da energia ser sofisticada e demorada, tornar-se necessário desenvolver um protocolo que seja executado de forma rápida e que contemple as particularidades da Amazônia, tanto o clima quanto a sua biomassa. Para isto, este trabalho propõe e aplica uma metodologia através do emprego de análises energéticas, exergética e exergo-econômica em uma planta de potência a vapor instalada no Estado Pará e operando com ciclo Rankine. Com aplicação dessas avaliações obtêm-se as taxas de energia e de perdas de energia, as taxas de exergia, as taxas de destruição de exergia, as taxas de custo de cada produto e o custo monetário da capacidade energética produzida pela planta em R$/kWh. Com esses resultados foi possível identificar as maiores perdas energéticas da planta, quantificar o custo da destruição de exergia nos principais equipamentos e a taxa de custo dos produtos principais da planta que são energia térmica e energia elétrica. Isto permite visualizar o desempenho energético, exergético e econômico em cada equipamento da planta e indicar os processos que merecem um trabalho de desenvolvimento para melhorar a sua eficiência econômica. Além disso, o custo da capacidade energética em R$/kWh produzida pela planta a vapor foi comparado com o valor cobrado pela concessionária de energia local. Essa comparação mostrou que central geradora de energia tem um custo de energia menor do que o valor confrontado.

Analysis of a novel waste heat recovery mechanism for an I.C. engine

Typical internal combustion engines lose about 75% of the fuel energy through the engine coolant, exhaust and surface radiation. Most of the heat generated comes from converting the chemical energy in the fuel to mechanical energy and in turn thermal energy is produced. In general, the thermal energy is unutilized and thus wasted. This report describes the analysis of a novel waste heat recovery (WHR) system that operates on a Rankine cycle. This novel WHR system consists of a second piston within the existing piston to reduce losses associated with compression and exhaust strokes in a four-cycle engine. The wasted thermal energy recovered from the coolant and exhaust systems generate a high temperature and high pressure working fluid which is used to power the modified piston assembly. Cycle simulation shows that a large, stationary natural gas spark ignition engine produces enough waste heat to operate the novel WHR system. With the use of this system, the stationary gas compression ignition engine running at 900 RPM and full load had a net increase of 177.03 kW (240.7 HP). This increase in power improved the brake fuel conversion efficiency by 4.53%.

Computational simulations of latent heat thermal energy storage systems - with innovative and first-principles based simulation for the underlying unsteady melting (and solidification) processes

This thesis develops an effective modeling and simulation procedure for a specific thermal energy storage system commonly used and recommended for various applications (such as an auxiliary energy storage system for solar heating based Rankine cycle power plant). This thermal energy storage system transfers heat from a hot fluid (termed as heat transfer fluid - HTF) flowing in a tube to the surrounding phase change material (PCM). Through unsteady melting or freezing process, the PCM absorbs or releases thermal energy in the form of latent heat. Both scientific and engineering information is obtained by the proposed first-principle based modeling and simulation procedure. On the scientific side, the approach accurately tracks the moving melt-front (modeled as a sharp liquid-solid interface) and provides all necessary information about the time-varying heat-flow rates, temperature profiles, stored thermal energy, etc. On the engineering side, the proposed approach is unique in its ability to accurately solve – both individually and collectively – all the conjugate unsteady heat transfer problems for each of the components of the thermal storage system. This yields critical system level information on the various time-varying effectiveness and efficiency parameters for the thermal storage system.