Generación de energía eléctrica por combustión de biomasa forestal mediante ciclo rankine. Central de 2MW

[ES]Este proyecto se centra en el estudio y diseño de una central de generación de energía eléctrica por medio de biomasa forestal. La motivación para la realización de este proyecto reside en la gran importancia que en los últimos años están tomando las energías renovables. El Calentamiento Global es un hecho que durante los últimos años ha llevado a la investigación y desarrollo de las energías alternativas, que frenan o contribuyen al ralentizamiento de este fenómeno. Por su parte la implantación de una planta como la que se estudia a continuación, no solo ayudaría a la reducción de emisiones netas de CO2 a la atmósfera, sino que también tendría numerosas ventajas como son la creación de empleo, la limpieza de bosques, lo que ayuda a la prevención de incendios y plagas, y proporcionaría una independencia energética. Los pasos que se van a seguir en el proyecto son los siguientes:  Explicar el alcance y los objetivos del proyecto. Desarrollar las posibles alternativas que existen para la valorización de la biomasa forestal, incluyendo un resumen de las ventajas y desventajas que cada una presenta. Informe detallado de la alternativa seleccionada, la combustión, que incluye la explicación del proceso en la planta desde que el residuo sale del bosque, hasta la obtención de la energía eléctrica. Análisis económico y rentabilidad de la planta. Realizar el cronograma del proyecto. Por último se realizará un análisis de los posibles riesgos.

Análise energética e exergética de um ciclo rankine com aquecimento distrital : estudo de uma planta termelétrica

Este trabalho tem por objetivo simular e analisar uma usina termelétrica a carvão em várias condições de funcionamento. A usina simulada neste trabalho é a AVV 1 localizada em Copenhague, Dinamarca. A AVV 1 é uma usina de geração de potência e aquecimento distrital que pode funcionar em várias condições de carga. A simulação da usina supracitada foi tema de um concurso de simuladores proposto no congresso ECOS 2003 realizado em Copenhague, Dinamarca. Para a realização deste trabalho foi construído um programa na linguagem FORTRAN 90. Cada componente da usina é modelado através de equações de balanço de massa e energia, e o sistema completo tem sua solução obtida pelo método de substituição sucessiva. Para viabilizar essa solução é necessário também implementar uma rotina de cálculo de propriedades do fluido de trabalho. No caso estudado, o fluido de trabalho da usina é a água e a formulação utilizada para o cálculo de suas propriedades nos diversos estados é a IAPWS IF-97. A usina é simulada em dois modos de operação: modo de condensação, onde ocorre apenas geração de eletricidade, e em modo de contrapressão, onde há geração de eletricidade e aquecimento distrital, conforme nomenclatura sugerida pela organização do concurso No modo de condensação, são feitas quatro séries de simulações variando a carga de 100% a 40%. Cada série contém um conjunto de hipóteses quanto à variação das eficiências isoentrópicas e pressões das turbinas em função da vazão mássica. No modo de contrapressão, a usina é simulada funcionando com 100% da carga. O programa desenvolvido calcula as propriedades para qualquer ponto de trabalho ao longo da planta, assim como a eficiência da mesma, a potência gerada, e todas as vazões mássicas pertinentes. Além disso, é feita também uma análise exergética da planta. A simulação demonstrou que a planta possui uma eficiência global de 42,02% com uma geração de 250,2 MW em 100% de carga no modo de condensação. Nessas mesmas condições, do ponto de vista exergético, a eficiência encontrada é de 37,21%. No modo de contrapressão, a usina apresenta uma eficiência exergética de 40,19% com um aproveitamento energético de 90,55%. Por fim, é possível também verificar a comportamento da eficiência da planta e a variação de água de resfriamento do condensador com a carga. Os resultados gerados são próximos àqueles encontrados pelos diversos pesquisadores que abordaram o problema.

Redução de consumo de energia eletrica a partir de reaproveitamento de energia termica com uso de ciclo rankine orgânico

This paper is proposed the usage of an Organic Rankine Cycle (ORC) along with waste heat recovery from an inconstant heat source. This method of waste heat recovery with intermittent heat source is part of a technical viability study. This paper also brings up the usage of thermal energy storage as heat source for the ORC. This paper is based on a heat treatment company study in which a natural gas furnace is explored. Data such as mass flow, temperature and specific waste gas heat from this furnace are used through calculations. Calculations are made also based on furnace cycles. This viability study considers a series of working fluids such as ammonia, benzene, R113 and R134a. Results point out that ORC with out thermal storage and using refrigerant fluid ammonia is the best alternative

Aplicação do ciclo rankine orgânico alimentado termicamente pela queima da casca do arroz e resíduos de madeira

With the growing world energy demand mainly from developing countries like Brazil, Russia, India and China, the search for efficient sources of energy becomes a challenge for the coming years. Among the most widely used alternative sources, biomass is the one that grows in a more pronounced way. This study will assess the real possibility of having it as a heat source in an Organic Rankine Cycle, which employ heat transfer fluids as working fluids instead of water. From a regional data collection in agricultural production and their potential rice production and the resulting husk was defined as more appropriate. The availability of husks together with an amount of eucalyptus wood, provided by a company in the region on a monthly basis, were analyzed, and the low participation of the wood was discarded by the thermal contribution of little significance. Based on this, it was established the calorific value of fuel for thermodynamic calculations and the cycle to be used. It was then carried out the choice of working fluid from the literature and their availability in the library of software used for the simulations, the Engineering Equation Solver - ESS. The fluid most appropriate for the burning of biomass, Octamethyltrisiloxane (OMTS), was not included in the software and so the R227ea and R134a were selected. After the initial parameters modeling definition, as condensing temperature, efficiency and live steam conditions, the simulations were performed, and only the R227ea remained within the feasible thermodynamic and technological ranges. With this fluid the turbine power output was 265.7 [kW] for a scenario of 24 hours/day burning, 800.3 [kW] to biomass burning for 8 hours/day and 2134 [kW] for burning only 3 hours/day. The thermal efficiency of the cycle remained in the range of 6%, and for plants operating with the most... (Complete Abstract click eletronic access below)

Analisi e simulazione di un ciclo Rankine organico per il recupero di energia a bassa entalpia.

Questo lavoro è incentrato sull'analisi e la simulazione di un ciclo Rankine a fluido organico (ORC) per la produzione di energia da calore a bassa entalpia. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con l'università di Gent, in Belgio, in particolare grazie al Prof. De Peape e all' Ing. Steven Lecompte; il lavoro in Italia è stato coordinato dal Prof. De Pascale. L'obiettivo principale della tesi è stata la creazione un modello computazionale in grado di descrivere le prestazioni dell'impianto a carico parziale. Ogni elemento dell'impianto è stato analizzato e modellizzato secondo un approccio di simulazione originale in Matlab. I componenti ottenuti sono stati poi combinati a formare la simulazione dell'intero sistema; questa è in grado di prevedere la potenza prodotta ed il rendimento del ciclo al variare delle condizioni esterne. I risultati ottenuti dalle simulazioni sono stati poi confrontati con i dati sperimentali raccolti sull'impianto di prova dell'Università. Questo confronto dimostra un buon accordo dei risultati previsti con quelli misurati. L'errore relativo massimo ottenuto per la potenza elettrica è sotto il 7%, così come quello sul rendimento; Gli errori relativi a pressione ed entalpie sono in genere sotto il 5%. Il modello può perciò dirsi validato e rappresenta un valido strumento di analisi per comprendere la risposta ai carichi parziali anche al di fuori del range di calibrazione. Il modello è stato infine utilizzato per costruire delle mappe del carico parziale e analizzare l'influenza delle variabili del ciclo. Ulteriori applicazioni delle mappe prodotte sono proposte a fine del lavoro.

Ciclo de cogeração a partir de resíduos de poda de árvores na cidade de Guaratinguetá

The current socio-economic situation has brought a need to look for alternative ways to get energy that allow reducing the high dependence on fossil fuel sources while deflect from the climate change arising from the result of the use of these energy resources. Renewable sources of energy, low and medium temperature appear as high potential of energy resources, which have a major influence on the way of life of the people to enable decentralized energy production. In Brazil, in particular, have also the need to decentralize the energy grid, currently focused on energy from water source. The current water crisis, exemplifies the urgency of betting on other energy sources, as a way to help in emergency situations such as the current one. Therefore, this study evaluates the possibility of using biomass as a heat source in a Rankine Cycle Organic where instead of water; it uses thermal fluid as working fluid, was compared the urban areas of the city of Guaratinguetá with the urban area of the metropolitan region of São Paulo. Thus, it was established two scenarios, so it was possible to establish the cycle to be used

Ciclo de cogeração a partir de resíduos de poda de árvores na cidade de Guaratinguetá

The current socio-economic situation has brought a need to look for alternative ways to get energy that allow reducing the high dependence on fossil fuel sources while deflect from the climate change arising from the result of the use of these energy resources. Renewable sources of energy, low and medium temperature appear as high potential of energy resources, which have a major influence on the way of life of the people to enable decentralized energy production. In Brazil, in particular, have also the need to decentralize the energy grid, currently focused on energy from water source. The current water crisis, exemplifies the urgency of betting on other energy sources, as a way to help in emergency situations such as the current one. Therefore, this study evaluates the possibility of using biomass as a heat source in a Rankine Cycle Organic where instead of water; it uses thermal fluid as working fluid, was compared the urban areas of the city of Guaratinguetá with the urban area of the metropolitan region of São Paulo. Thus, it was established two scenarios, so it was possible to establish the cycle to be used

Motores térmicos de vapor, gas y de combustión interna a través de PBL (Project Based Learning)

Nivel educativo: Grado. Duración (en horas): De 31 a 40 horas

Simulação de sistemas térmicos de potência para geração de energia elétrica

O presente trabalho é dedicado à simulação numérica de sistemas térmicos de potência. O trabalho é iniciado com a modelagem de um ciclo Rankine, dedicado à produção de energia elétrica, para o qual foi elaborado um programa de simulação com a linguagem de programação MATLAB. A partir desse primeiro caso, são apresentados os modelos empregados para representar os diversos componentes que formam o circuito, como o gerador de vapor, a turbina, o condensador e a bomba. Além desses componentes, são introduzidas as equações que representam o escoamento do fluido de trabalho, no caso a água, permitindo assim o cálculo da perda de carga nas diferentes canalizações do circuito, sendo também acoplado o funcionamento da bomba. Essa alternativa pennite uma melhor avaliação do trabalho despendido para operar o sistema. A modelagem do ciclo deixa então de ser exclusivamente tennodinâmica, e passa a incluir aspectos de mecânica de fluidos. Outras variantes desse ciclo simples são também modelados e simulados, incluindo ciclos Rankine regenerativos e com irreversibilidades. As simulações são efetuadas admitindo-se parâmetros de operação, como, potência da turbina, temperatura do vapor d'água na entrada da turbina e pressão do vapor d'água na saída da turbina, com a variante de fixar-se o título do vapor d'água na saída da turbina.

Ciclos termodinâmicos

Apresenta duas grandes áreas de aplicação da termodinâmica: refrigeração e geração de potência. Cita como funcionam máquinas térmicas de combustão externa e interna. Relembra o ciclo de Carnot, eficiente para transformar calor em trabalho e apresenta o ciclo de Rankine, que se aproxima do ciclo de Carnot, porém suas turbinas são projetadas com a umidade formada na expansão do vapor saturado sendo removida no processo, evitando erosões. Apresenta o ciclo de Rankine com aquecimento, que se aproxima mais ao ciclo de Carnot. Apresenta o ciclo de refrigeração de Rankine, com a expressão de cálculo de coeficiente de desempenho. Apresenta dispositivos a gás de um único passe, como motor de gasolina ideal, funcionando como o ciclo Otto. Apresenta o ciclo Diesel, de motor diesel ideal, comparando com o ciclo Otto. Apresenta a turbina a gás, ciclo de Brayton ou Joule.

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.

Modelagem e simulação de sistemas de geração de energia para o setor de petróleo e gás

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estabelecimento de rotinas de operação e orientações de manutenção para a planta termelétrica do DEN/FEG/UNESP

Steam generation plants have several industrial applications, being important for the national and global energetic matrix. Operational knowledge of steam plants is extremely important to forming a Mechanical Engineer. The facilities from Faculty of Engineering of Guaratingueta have a no operated steam pilot plant, named Thermal Machine Lab. Nowadays, the Energy Department from the faculty cannot explore this lab for its classes, even being essential to consolidate the theoretical concepts with tests simulating industrial applications. The goal of this project was to restore the operational condition of equipment of steam laboratory by fixing the equipment, and creating operational scripts for them. In a close future this lab could be used for classes, research and other applications

Sviluppo di metodologie per la simulazione di scambiatori di calore per motori di ultima generazione.

La riduzione dei consumi energetici è una problematica che riguarda appieno il campo dell'autotrazione, a fronte delle misure sempre più stringenti per il taglio delle emissioni di anidride carbonica. A tal scopo, il recupero di energia dai gas di scarico tramite ciclo Rankine appare la soluzione più vantaggiosa, a fronte di onerosità e complessità affrontabili nel breve periodo. L'obiettivo della presente tesi di laurea è lo sviluppo di metodologie per la simulazione di scambiatori di calore bifase per un sistema a ciclo Rankine, utilizzato per il recupero di energia in un'autovettura. Lo svolgimento di test per la validazione dei modelli utilizzati, è risultato fondamentale al fine di ottenere il setup idoneo per la simulazione termofluidodinamica del componente oggetto di studio.

Hibridación termosolar en centrales convencionales de generación de electricidad (HiTERCON)

El modelo energético actual está marcado por el predominio de los combustibles fósiles y el intento de introducir energías renovables para evolucionar hacia un modelo más sostenible. Entre las distintas alternativas, las plantas híbridas solar-fósil parecen una solución interesante ya que combinan las ventajas de las dos fuentes de energía. Hasta el momento, las líneas de investigación y análisis de plantas híbridas se ha centrado en el acoplamiento de tecnología solar a plantas o ciclos de potencia operativos. Este enfoque, tiene sentido en un marco como el actual, donde las plantas híbridas operativas no disponen de sistema de almacenamiento y donde se intenta reducir los costes, acoplando tecnología solar a ciclos de potencia existentes. Sin embargo, resta generalidad al análisis de la hibridación, imponiendo el diseño de la planta. Resulta interesante por tanto, realizar estudios que analicen la hibridación desde un punto de vista más general y que permitan a la propia planta, optimizar su diseño. Este estudio pretende aportar conocimiento en esta línea, analizando distintas posibilidades de diseño de futuras plantas híbridas operando en modo Fuel saving mode (FSM). Para ello, se ha realizado un estudio general y sistemático de distintas topologías de plantas híbridas, las cuales consideran como ciclo de potencia el ciclo Brayton y el ciclo Rankine. Para aportar la máxima generalidad posible, se han considerado un amplio abanico de condiciones operativas en ambos bloques. Como aporte al resto de estudios, éste estudio analiza la hibridación desde el punto de vista del bloque termosolar lo que indirectamente permite analizar el funcionamiento de la planta en modo híbrido. Para ello, se han identificado dos casos de diseño: 1. Caso A: Diseño de planta híbrida a partir de una planta o bloque convencional 2. Caso B: Diseño de planta híbrida a partir de una tecnología solar determinada La distinción entre casos de diseño, permite por un lado, establecer el potencial de la hibridación en las dos situaciones que se pueden plantear en la práctica estableciendo además, una base comparativa de resultados y por otro lado, identificar las condiciones de funcionamiento óptimas en las que diseñar la planta. Como conclusión principal, el estudio realizado demuestra que las condiciones de funcionamiento que optimizan la planta híbrida pueden diferir dependiendo del caso de diseño que se considere, lo que implica que el funcionamiento de la planta no tiene porqué estar optimizado simultáneamente para sus dos modos de funcionamiento (modo fósil y modo híbrido). Por tanto, se considera que el diseño final de la planta híbrida debería estar en función del tiempo en que la planta opera en cada uno de los modos, es decir, del Solar Capacity Factor (SCF). Además, el estudio realizado identifica dos situaciones concretas para las cuales la hibridación estaría desaconsejada desde un punto de vista energético. Aunque los resultados obtenidos son sólo una primera aproximación del diseño final de la planta híbrida, proporcionan unas directrices a partir de la cuales iniciar su desarrollo. Esto es especialmente interesante de cara a políticas estratégicas, donde en función de los objetivos vigentes o que se puedan plantear, se puede modificar el diseño de la planta en su estructura básica.