Dimensionamento e simulação de um sistema híbrido eólico-fotovoltaico para o acionamento de uma planta de dessalinização por osmose reversa
| Ano de defesa: | 2020 |
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Resumo: | This dissertation presents the sizing and simulation of a Wind - Photovoltaic (W-PV) Hybrid System (HS) to drive a Reverse Osmosis (RO) desalination plant (DP) programmed to operate in the period of 8 hours per day. The HS performance is analyzed under climatic data (solar irradiation and wind speed) typical of Petrolina and Parnaíba over a period of one year, represen- ting the Brazilian interior and coast respectively. The objective of the work is to demonstrate a methodology of technical - financial dimensioning for an RO plant powered by HS for brackish water desalination with a better cost / benefit ratio in the final price of m3 of drinking water produced. The HOMER software is used in the HS financial - technical dimensioning and the results are used to optimize the RO plant, considering the minimum cost per cubic meter (R$/m3 ) of produced potable water. In a second step, the WAVE software is used to simulate the RO plant, the main characteristics being the type of water, this being a well (brackish) with salinity of 1,500 mg/L and use of the ECO PRO-440i membrane suitable for ideal plant pressure and flow. The 200 W RO plant has a structure of 1 pressure vessel with 1 membrane, with a consumption of 9.79 kWh/m3 of water with 377.7 mg/L of salinity, to supply this load Petrolina and Parnaíba present an HS W-PV with Energy Cost (COE) of R$ 3.74 and 3.63 per kWh, resulting in a Specific Production Cost (SPC) of R$ 33.95 and 32.96 per m3 respectively. For 2 kW load the Ro plant features a two-stage configuration, a structure of 1 pressure vessel with 1 membrane per stage, with a consumption of 6.02 kWh/m3 of water with 163,2 mg/L of salinity. To supply the second cargo Petrolina and Parnaíba has an HS W-PV with COE of R$ 0.82 and 0.81 per kWh, resulting in a CEP of R$ 5.33 and 5.27 per m3 respectively. Concluding that despite the approximate results, the configuration that brings the best cost / benefit ratio is the 2 kW RO plant in Parnaíba, a situation in which it provides a daily production of drinking water of 93.12 m3, presenting a specific competitive cost of R$ 5.27/m3 (R$ 0.105/20L), even lower than the costs of obtaining the input by other means, such as mineral water sold at R$ 187.50/m3 (R$3.75/20L) and water treated by tankers, sold at R$ 35.00/m3 (R$ 0.70/20L), on average. |
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Ribeiro, Shakil Bonnet JossubCarvalho, Paulo Cesar Marques de2020-03-02T11:45:03Z2020-03-02T11:45:03Z2020RIBEIRO, S. B. J. Dimensionamento e simulação de um sistema híbrido eólico-fotovoltaico para o acionamento de uma planta de dessalinização por osmose reversa. 2020. 112 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50426This dissertation presents the sizing and simulation of a Wind - Photovoltaic (W-PV) Hybrid System (HS) to drive a Reverse Osmosis (RO) desalination plant (DP) programmed to operate in the period of 8 hours per day. The HS performance is analyzed under climatic data (solar irradiation and wind speed) typical of Petrolina and Parnaíba over a period of one year, represen- ting the Brazilian interior and coast respectively. The objective of the work is to demonstrate a methodology of technical - financial dimensioning for an RO plant powered by HS for brackish water desalination with a better cost / benefit ratio in the final price of m3 of drinking water produced. The HOMER software is used in the HS financial - technical dimensioning and the results are used to optimize the RO plant, considering the minimum cost per cubic meter (R$/m3 ) of produced potable water. In a second step, the WAVE software is used to simulate the RO plant, the main characteristics being the type of water, this being a well (brackish) with salinity of 1,500 mg/L and use of the ECO PRO-440i membrane suitable for ideal plant pressure and flow. The 200 W RO plant has a structure of 1 pressure vessel with 1 membrane, with a consumption of 9.79 kWh/m3 of water with 377.7 mg/L of salinity, to supply this load Petrolina and Parnaíba present an HS W-PV with Energy Cost (COE) of R$ 3.74 and 3.63 per kWh, resulting in a Specific Production Cost (SPC) of R$ 33.95 and 32.96 per m3 respectively. For 2 kW load the Ro plant features a two-stage configuration, a structure of 1 pressure vessel with 1 membrane per stage, with a consumption of 6.02 kWh/m3 of water with 163,2 mg/L of salinity. To supply the second cargo Petrolina and Parnaíba has an HS W-PV with COE of R$ 0.82 and 0.81 per kWh, resulting in a CEP of R$ 5.33 and 5.27 per m3 respectively. Concluding that despite the approximate results, the configuration that brings the best cost / benefit ratio is the 2 kW RO plant in Parnaíba, a situation in which it provides a daily production of drinking water of 93.12 m3, presenting a specific competitive cost of R$ 5.27/m3 (R$ 0.105/20L), even lower than the costs of obtaining the input by other means, such as mineral water sold at R$ 187.50/m3 (R$3.75/20L) and water treated by tankers, sold at R$ 35.00/m3 (R$ 0.70/20L), on average.A presente dissertação apresenta o dimensionamento e simulação de um Sistema Híbrido (SH) Eólico - Fotovoltaico (EO-FV) para acionar uma planta de dessalinização por Osmose Reversa (OR) com carga de 200 W e 2 kW programada para funcionar no período de 8 horas por dia. O desempenho do SH é analisado sob dados climáticos (irradiação solar e velocidade do vento) típicos de Petrolina e Parnaíba durante o período de um ano, representando o interior e litoral do Nordeste brasileiro respectivamente. O objetivo do trabalho é demonstrar uma metodologia de dimensionamento técnico – financeiro para uma planta de OR acionada por SH para dessalinização de água salobra com a melhor relação custo/benefício no preço final do m3 de água potável produzido. O software HOMER é utilizado no dimensionamento técnico – financeiro do SH e os resultados são utilizados para otimizar a planta de OR, tendo em vista o custo mínimo por metro cúbico (R$/m3) de água potável produzida. Numa segunda etapa, o software WAVE é utilizado para simular a planta de OR, sendo as características principais o tipo de água, sendo esta de poço (salobra) com salinidade de 1.500 mg/L e uso da membrana ECO PRO-440i adequada para a pressão e vazão ideal da planta. A planta de OR de 200 W apresenta uma estrutura de 1 vaso de pressão com 1 membrana, com um consumo de 9,79 kWh/m3 de água com salinidade de 377,7 mg/L. De modo a suprir essa demanda Petrolina e Parnaíba apresentam um SH EO-FV com Custo de Energia (COE) de R$ 3,74 e 3,63 por kWh, resultando em um Custo específico de Produção (CEP) de R$ 33,95 e 32,96 por m3 respectivamente. Para carga de 2 kW apresenta a planta de OR apresenta uma configuração com dois estágios, uma estrutura de 1 vaso de pressão com 1 membrana por estágio, com um consumo de 6,02 kWh/m3 de água com salinidade de 163,2 mg/L. Para abastecer a segunda carga Petrolina e Parnaíba apresenta um SH EO-FV com COE de R$ 0,82 e 0,81 por kWh, resultando em um CEP de R$ 5,33 e 5,27 por m3 respectivamente. Concluindo que a configuração com melhor relação custo/beneficio é a planta de OR de 2 kW de Parnaíba, situação na qual fornece uma produção diária de água potável de 93,12 m3 , abastecendo 6200 pessoas diariamente, apresentando um custo específico competitivo de R$ 5,27/m3 (R$ 0,105/20L), inferior inclusive aos custos de obtenção do insumo por outros meios, tais como a água mineral comercializada a R$ 187,50/m3 (R$ 3,75/20L) e a água tratada de carros-pipa, vendida a R$ 35,00/m3 (R$ 0,70/20L), em média.Engenharia elétricaDessalinização da águaReverse osmosis desalinationHybrid systemsDimensionamento e simulação de um sistema híbrido eólico-fotovoltaico para o acionamento de uma planta de dessalinização por osmose reversainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2020_dis_sbjribeiro.pdf2020_dis_sbjribeiro.pdfapplication/pdf9084064http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/50426/5/2020_dis_sbjribeiro.pdf2482b0fd303368a1960e3bd51ea709f3MD55LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/50426/6/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD56riufc/504262022-11-21 10:10:23.832oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2022-11-21T13:10:23Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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