Metodologia para pré-seleção de fluidos de trabalho para ciclos Rankine orgânicos
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Data de Publicação: | 2021 |
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Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
Texto Completo: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17442 |
Resumo: | This work proposes a methodology to streamline the selection of fluids suitable for each application in an Organic Rankine Cycle. The simulations used fluids that allow the harvesting of energy remaining after the turbine using a regenerator. The simulations used three diesel engines with exhaust gas temperature at 775, 816, and 854 K and a geothermal source at 480 K. Simulations searched for the maximum recoverable power in the cycle, respecting the Pinch Point of the 10 K in both the evaporator and condenser. Considering the thermal efficiency and requested area for the three heat exchangers, the most suitable fluids for the diesel engine applications were benzene, toluene, n-hexane, and p-xylene, while HFE7100, fluoroketone, R245fa, and butene for the geothermal source. Temperature and pressure at the condenser outlet close to each other, with averages respectively at 0.02 and 0.004, were obtained through dimensionless with reference to the critical and saturated liquid at 0.9 atm points, for all applications studied. The maximum power recovered from the thermal sources at 480, 775, 816, and 854 K was obtained with dimensionless vaporization temperatures close to 0.51; 0.79; 0.81, and 0.86, respectively, with the corresponding dimensionless pressures close to 0.23; 0.58; 0.62, and 0.68, for all pre-selected fluids, indicating expected values increasing with the source temperature, proving the utility of the proposal. The presented proposal produced generalized temperature x entropy and pressure x enthalpy diagrams, capable of representing the thermodynamic cycle in an approximately overlapping way for all promising substances for a given application. |
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Chalhub, Daniel José Nahid Mansurhttp://lattes.cnpq.br/9980274421161620Costa Filho, Manoel Antonio da Fonsecahttp://lattes.cnpq.br/3375340063572734Maia, Cristiana Brasilhttp://lattes.cnpq.br/7573440788991853Knupp, Diego Camposhttp://lattes.cnpq.br/1743826010794846Rezende, Gezué dos Santos Vallegrezende2@hotmail.com2022-03-31T15:11:55Z2021-10-29REZENDE, Gezué dos Santos Valle. Metodologia para pré-seleção de fluidos de trabalho para ciclos Rankine orgânicos. 2021. 61 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17442This work proposes a methodology to streamline the selection of fluids suitable for each application in an Organic Rankine Cycle. The simulations used fluids that allow the harvesting of energy remaining after the turbine using a regenerator. The simulations used three diesel engines with exhaust gas temperature at 775, 816, and 854 K and a geothermal source at 480 K. Simulations searched for the maximum recoverable power in the cycle, respecting the Pinch Point of the 10 K in both the evaporator and condenser. Considering the thermal efficiency and requested area for the three heat exchangers, the most suitable fluids for the diesel engine applications were benzene, toluene, n-hexane, and p-xylene, while HFE7100, fluoroketone, R245fa, and butene for the geothermal source. Temperature and pressure at the condenser outlet close to each other, with averages respectively at 0.02 and 0.004, were obtained through dimensionless with reference to the critical and saturated liquid at 0.9 atm points, for all applications studied. The maximum power recovered from the thermal sources at 480, 775, 816, and 854 K was obtained with dimensionless vaporization temperatures close to 0.51; 0.79; 0.81, and 0.86, respectively, with the corresponding dimensionless pressures close to 0.23; 0.58; 0.62, and 0.68, for all pre-selected fluids, indicating expected values increasing with the source temperature, proving the utility of the proposal. The presented proposal produced generalized temperature x entropy and pressure x enthalpy diagrams, capable of representing the thermodynamic cycle in an approximately overlapping way for all promising substances for a given application.Este trabalho tem como objeto propor uma metodologia para agilizar a seleção de fluidos adequados a cada aplicação num Ciclo Rankine Orgânico. Nas simulações foram usados fluidos que possibilitam o aproveitamento da energia remanescente após a turbina com o emprego de um regenerador. Foram utilizados nas simulações a exaustão de três motores diesel, com temperaturas de 775, 816 e 854 K, e uma fonte geotérmica a 480 K. Buscou-se a alcançar a máxima potência recuperável no ciclo, respeitando o Ponto de Estrangulamento da Diferença de Temperatura em 10 K tanto no evaporador quanto no condensador. Considerando o rendimento térmico e as áreas necessárias nos três trocadores de calor os fluidos mais adequados para trabalhar com os motores a diesel foram o benzeno, tolueno, n-hexano e p-xileno e com a fonte geotérmica foram HFE 7100, fluorcetona, R245fa, buteno e R11. Temperatura e pressão na saída do condensador próximas entre si, com médias respectivamente em 0,02 e 0,004, foram obtidas através de adimensionalização com referência aos pontos crítico e líquido saturado a 0,9 atm, para todas as aplicações estudadas. A máxima potência recuperada das fontes térmicas a 480, 775, 816 e 854 K foi obtida com temperaturas adimensionalizadas de vaporização próximas de 0,51; 0,79; 0,81 e 0,86, respectivamente, com as correspondentes pressões adimensionalizadas próximas de 0,23; 0,58; 0,62 e 0,68, para todos os fluidos pré-selecionados, indicando valores esperados crescentes com a temperatura da fonte, comprovando a utilidade da proposta. A proposta apresentada produziu diagramas generalizados temperatura x entropia e pressão x entalpia, capazes de representar o ciclo termodinâmico de forma praticamente sobreposta para todas as substâncias promissoras para uma dada aplicação.Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2022-03-31T15:11:55Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Gesué dos Santos Valle Rezende - 2021 - Completo.pdf: 3865639 bytes, checksum: f4a4823d83fb88d1b41a07fe917f9bcb (MD5)Made available in DSpace on 2022-03-31T15:11:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Gesué dos Santos Valle Rezende - 2021 - Completo.pdf: 3865639 bytes, checksum: f4a4823d83fb88d1b41a07fe917f9bcb (MD5) Previous issue date: 2021-10-29Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUERJBrasilCentro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de EngenhariaMechanical engineeringThermodynamicsFluid dynamicsEngenharia mecânicaTermodinâmicaDinâmica dos fluidosENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTEMetodologia para pré-seleção de fluidos de trabalho para ciclos Rankine orgânicosMethodology for pre-selection of working fluids for organic Rankine cyclesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALDissertação - Gesué dos Santos Valle Rezende - 2021 - Completo.pdfDissertação - Gesué dos Santos Valle Rezende - 2021 - Completo.pdfapplication/pdf3865639http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17442/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Gesu%C3%A9+dos+Santos+Valle+Rezende+-+2021+-+Completo.pdff4a4823d83fb88d1b41a07fe917f9bcbMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82123http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17442/1/license.txte5502652da718045d7fcd832b79fca29MD511/174422024-02-27 15:31:05.414oai:www.bdtd.uerj.br:1/17442Tk9UQTogTElDRU7Dh0EgUkVERSBTSVJJVVMKRXN0YSBsaWNlbsOnYSBkZSBleGVtcGxvIMOpIGZvcm5lY2lkYSBhcGVuYXMgcGFyYSBmaW5zIGluZm9ybWF0aXZvcy4KCkxJQ0VOw4dBIERFIERJU1RSSUJVScOHw4NPIE7Dg08tRVhDTFVTSVZBCgpDb20gYSBhcHJlc2VudGHDp8OjbyBkZXN0YSBsaWNlbsOnYSwgdm9jw6ogKG8gYXV0b3IgKGVzKSBvdSBvIHRpdHVsYXIgZG9zIGRpcmVpdG9zIGRlIGF1dG9yKSBjb25jZWRlIMOgIFVuaXZlcnNpZGFkZSAKZG8gRXN0YWRvIGRvIFJpbyBkZSBKYW5laXJvIChVRVJKKSBvIGRpcmVpdG8gbsOjby1leGNsdXNpdm8gZGUgcmVwcm9kdXppciwgIHRyYWR1emlyIChjb25mb3JtZSBkZWZpbmlkbyBhYmFpeG8pLCBlL291IApkaXN0cmlidWlyIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyAoaW5jbHVpbmRvIG8gcmVzdW1vKSBwb3IgdG9kbyBvIG11bmRvIG5vIGZvcm1hdG8gaW1wcmVzc28gZSBlbGV0csO0bmljbyBlIAplbSBxdWFscXVlciBtZWlvLCBpbmNsdWluZG8gb3MgZm9ybWF0b3Mgw6F1ZGlvIG91IHbDrWRlby4KClZvY8OqIGNvbmNvcmRhIHF1ZSBhIFVFUkogcG9kZSwgc2VtIGFsdGVyYXIgbyBjb250ZcO6ZG8sIHRyYW5zcG9yIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgZGlzc2VydGHDp8OjbyAKcGFyYSBxdWFscXVlciBtZWlvIG91IGZvcm1hdG8gcGFyYSBmaW5zIGRlIHByZXNlcnZhw6fDo28uCgpWb2PDqiB0YW1iw6ltIGNvbmNvcmRhIHF1ZSBhIFVFUkogcG9kZSBtYW50ZXIgbWFpcyBkZSB1bWEgY8OzcGlhIGEgc3VhIHRlc2Ugb3UgCmRpc3NlcnRhw6fDo28gcGFyYSBmaW5zIGRlIHNlZ3VyYW7Dp2EsIGJhY2stdXAgZSBwcmVzZXJ2YcOnw6NvLgoKVm9jw6ogZGVjbGFyYSBxdWUgYSBzdWEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvIMOpIG9yaWdpbmFsIGUgcXVlIHZvY8OqIHRlbSBvIHBvZGVyIGRlIGNvbmNlZGVyIG9zIGRpcmVpdG9zIGNvbnRpZG9zIApuZXN0YSBsaWNlbsOnYS4gVm9jw6ogdGFtYsOpbSBkZWNsYXJhIHF1ZSBvIGRlcMOzc2l0byBkYSBzdWEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvIG7Do28sIHF1ZSBzZWphIGRlIHNldSAKY29uaGVjaW1lbnRvLCBpbmZyaW5nZSBkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcyBkZSBuaW5ndcOpbS4KCkNhc28gYSBzdWEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvIGNvbnRlbmhhIG1hdGVyaWFsIHF1ZSB2b2PDqiBuw6NvIHBvc3N1aSBhIHRpdHVsYXJpZGFkZSBkb3MgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMsIHZvY8OqIApkZWNsYXJhIHF1ZSBvYnRldmUgYSBwZXJtaXNzw6NvIGlycmVzdHJpdGEgZG8gZGV0ZW50b3IgZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzIHBhcmEgY29uY2VkZXIgw6AgVUVSSiBvcyBkaXJlaXRvcyBhcHJlc2VudGFkb3MgbmVzdGEgbGljZW7Dp2EsIGUgcXVlIGVzc2UgbWF0ZXJpYWwgZGUgcHJvcHJpZWRhZGUgZGUgdGVyY2Vpcm9zIGVzdMOhIGNsYXJhbWVudGUgCmlkZW50aWZpY2FkbyBlIHJlY29uaGVjaWRvIG5vIHRleHRvIG91IG5vIGNvbnRlw7pkbyBkYSB0ZXNlIG91IGRpc3NlcnRhw6fDo28gb3JhIGRlcG9zaXRhZGEuCgpDQVNPIEEgVEVTRSBPVSBESVNTRVJUQcOHw4NPIE9SQSBERVBPU0lUQURBIFRFTkhBIFNJRE8gUkVTVUxUQURPIERFIFVNIFBBVFJPQ8ONTklPIE9VIApBUE9JTyBERSBVTUEgQUfDik5DSUEgREUgRk9NRU5UTyBPVSBPVVRSTyBPUkdBTklTTU8gUVVFIE7Dg08gU0VKQSBFU1RBClVOSVZFUlNJREFERSwgVk9Dw4ogREVDTEFSQSBRVUUgUkVTUEVJVE9VIFRPRE9TIEUgUVVBSVNRVUVSIERJUkVJVE9TIERFIFJFVklTw4NPIENPTU8gClRBTULDiU0gQVMgREVNQUlTIE9CUklHQcOHw5VFUyBFWElHSURBUyBQT1IgQ09OVFJBVE8gT1UgQUNPUkRPLgoKQSBVbml2ZXJzaWRhZGUgZG8gRXN0YWRvIGRvIFJpbyBkZSBKYW5laXJvIChVRVJKKSBzZSBjb21wcm9tZXRlIGEgaWRlbnRpZmljYXIgY2xhcmFtZW50ZSBvIHNldSBub21lIChzKSBvdSBvKHMpIG5vbWUocykgZG8ocykgCmRldGVudG9yKGVzKSBkb3MgZGlyZWl0b3MgYXV0b3JhaXMgZGEgdGVzZSBvdSBkaXNzZXJ0YcOnw6NvLCBlIG7Do28gZmFyw6EgcXVhbHF1ZXIgYWx0ZXJhw6fDo28sIGFsw6ltIGRhcXVlbGFzIApjb25jZWRpZGFzIHBvciBlc3RhIGxpY2Vuw6dhLgo=Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:31:05Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
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