Modelagem do comportamento integrado de um sistema de coletor cilíndrico parabólico operando com ciclo Rankine orgânico e armazenamento térmico de dois tanques

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: CABALLERO, Gaylord Enrique Carrillo
• Orientador(a): VENTURINI, Osvaldo José
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Energia solar; Sistema de coletor cilíndrico parabólico; Ciclo Rankine orgânico; Armazenamento térmico; Turbina radial; Exergia
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2428

O objetivo principal desta tese é desenvolver a modelagem matemática de um sistema de Coletores Cilíndricos Parabólicos integrado a um Ciclo Rankine Orgânico, com armazenamento térmico, como uma opção de pequenas e médias capacidades, que consigam responder à intermitência das fontes de energia renovável, como é o caso da energia solar. Para desenvolver os modelos matemáticos foi utilizada a ferramenta computacional Matlab. Foram analisados diferentes fluidos de transferência de calor (Água, Donwtherm A, Donwthwer Q e Syltherm 800) e fluidos de trabalho (R-245fa, R-141b e o R-123), com o propósito de determinar a influência destes sobre o aproveitamento da energia térmica, a eletricidade gerada pelo sistema e sobre o comportamento da turbina. Também, foi desenvolvido o projeto preliminar de uma turbina radial para o Ciclo Rankine Orgânico, para três fluidos de trabalhos. Para isto, foi elaborado um modelo matemático unidimensional da turbina em Matlab, para diferentes condições de operação. O modelo unidimensional é útil para determinar os parâmetros geométricos e de projeto, e representa a base para desenvolver a análise 3D da turbina, com o uso do programa CFX-ANSYS. A análise 3D da turbina permite determinar os perfis de pressão, de velocidade e de temperatura de cada uma das geometrias obtidas para cada fluido de trabalho, além de permitir determinar o comportamento da turbina no ponto de projeto e fora deste ponto. Condições a partir da qual se desenvolve a análise do comportamento integrado do sistema proposto nesta tese.Da análise do comportamento do sistema de Coletor Cilíndrico Parabólico integrado ao Ciclo Rankine Orgânico, com armazenamento térmico de dois tanques foi possível determinar para as condições e parâmetros definidos nesta tese, que um par de tanques com diâmetro de 4 m, altura de 4,55 m e utilizando o Downtherm A como fluido do sistema, permite garantir a geração de aproximadamente 7,4 kWe durante um período de 3 horas 26 min. Ademais se determino que para o dia analisado, o sistema de Coletor Cilíndrico Parabólico contribui com 63,6 % da energia fornecida ao sistema Ciclo Rankine Orgânico, enquanto que o sistema de armazenamento contribui com o 36,4 %. A abordagem do projeto 3D da turbina radial apresentada nesta tese permitiu determinar que a eficiência da turbina varia em função da condição de operação e o fluido de trabalho, os resultados mostram que para a análise do comportamento do Ciclo Rankine Orgânico é importante determinar o valor da eficiência para a condição analisada, e não deve ser definido como um valor constante.