Avaliação termoeconômica da redução do inventário de trocadores de calor em trens de compressão por meio de resfriamento assistido

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carvalho, André de
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/235315
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2022.
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spelling Avaliação termoeconômica da redução do inventário de trocadores de calor em trens de compressão por meio de resfriamento assistidoEngenharia mecânicaCompressoresRefrigeradoresPermutadores térmicosDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2022.Algumas aplicações de processos de resfriamento, como na indústria aeroespacial, submarina e offshore, exigem atenção especial à dimensão ocupada pelo sistema. Nesses casos, para obter um conjunto mais compacto pode se admitir algum prejuízo à eficiência energética global do processo. Especialmente, em plantas de produção de petróleo e gás offshore (FPSO, Floating Production, Storage and Offloading), o custo associado ao espaço ocupado na instalação pode sobrepujar o custo de geração de energia, que é proveniente do próprio gás natural produzido na unidade. Assim, este trabalho investiga, por meio de modelagem matemática, a solução de compromisso existente entre a dimensão ocupada e a eficiência energética em sistemas de resfriamento e analisa a viabilidade técnica e econômica do emprego de resfriamento assistido em um trem de compressão de CO2 localizado em um FPSO. A proposta de resfriamento assistido baseia-se em aplicações de controle térmico de componentes eletrônicos e consiste no emprego de um ciclo de refrigeração para reduzir o inventário de trocadores necessário ao sistema. São considerados três níveis de complexidade na modelagem: (1) modelo termodinâmico simplificado de um processo de resfriamento envolvendo carga térmica genérica, (2) modelo termodinâmico do resfriamento de um trem de compressão de CO2 acoplado a um ciclo de refrigeração por compressão mecânica e (3) modelo termo-hidráulico detalhado do sistema anterior e análise de viabilidade econômica voltada à aplicação offshore. Do primeiro modelo, conclui-se que o resfriamento assistido pode ser vantajoso ao se considerar cargas térmicas com temperatura de até 400 K. O modelo aplicado ao trem de compressão permite inferir a possiblidade de redução de cerca de 50% na condutância global requerida para os trocadores, embora isto demande o dobro de potência de mecânica, em relação ao resfriamento direito. Embora os resultados termodinâmicos apontassem para uma boa perspectiva da aplicação, a análise econômica revelou que o sistema de resfriamento assistido proposto não vantajoso sob o ponto de vista financeiro.Abstract: In some cooling processes applications, such as in the aerospace, subsea and offshore industries, special attention to the system?s overall dimensions is of utmost importance. In these cases, in order to increase compactness, features and designs that might be detrimental to the system?s overall energy efficiency can be tolerated. For example, in offshore oil and gas production plants (FPSO, Floating Production, Storage and Offloading), the cost associated with the space occupied in the installation can overcome the cost of energy generation, which comes from the natural gas produced within the unit. Thus, this work investigates, through mathematical modeling, the compromise solution between size and energy efficiency in cooling systems and analyzes the technical and economic feasibility of using assisted cooling in a CO2 compression train, located on a FPSO. The assisted cooling proposal is based on applications of thermal control of electronic components and relies on the use of a refrigeration cycle to reduce the heat exchanger inventory required by the system. Three levels of complexity are considered in the modeling: (1) a simplified thermodynamic model of a cooling process involving a generic thermal load, (2) a thermodynamic model of a CO2 compression train cooling system, coupled to a vapor compression refrigeration cycle and (3) a detailed thermo-hydraulic model of this system and economic evaluation aimed at offshore application. From the first model, one can show that assisted cooling may be advantageous when involving thermal loads with a temperature up to 400 K. The model applied to the compression train revels the possibility of a 50% reduction in the global conductance required for the heat exchangers, although this requires twice the mechanical power, in relation to the direct cooling. Although the thermodynamic results point to a good perspective of the application, the economic analysis carried out showed that the proposed assisted cooling system is not advantageous from a financial point of view.Silva, Alexandre Kupka daUniversidade Federal de Santa CatarinaCarvalho, André de2022-05-31T23:15:57Z2022-05-31T23:15:57Z2022info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis147 p.| il., gráfs.application/pdf376285https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/235315porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-05-31T23:15:58Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/235315Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732022-05-31T23:15:58Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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