Metodologia de otimização de ciclos de potência utilizando CO2 supercrítico

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Battisti, Felipe Gesser
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/135270
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.
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spelling Metodologia de otimização de ciclos de potência utilizando CO2 supercríticoEngenharia mecânicaDioxido de carbonoDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.Este estudo considera análises e otimizações termodinâmicas multivariáveis da performance de ciclos Rankine transcríticos e um Brayton supercrítico que utilizam CO2 (dióxido de carbono) como fluido de trabalho. Três variáveis dependentes foram usadas como figuras de mérito: a potência líquida produzida pelos ciclos e suas eficiências de primeira e segunda leis, todas calculadas em valores absolutos, bem como normalizadas por unidade de condutância global total, a qual é definida como a soma das condutâncias globais de todos os trocadores de calor usados no ciclo. As análises dos ciclos Rankine foram conduzidas em relação a duas variáveis independentes, a pressão máxima do CO2 no ciclo e a temperatura da fonte de calor, junto às seguintes configurações de ciclo: (i) um ciclo de potência básico, (ii) um ciclo com um recuperador, (iii) um ciclo com reaquecimento e (iv) um ciclo com um recuperador e reaquecimento, denominado ciclo combinado. O processo de otimização se baseou em rotinas de otimização e considerou fontes de calor latente e sensível. As análises do ciclo Brayton foram conduzidas com respeito a seis parâmetros independentes, a temperatura máxima e as pressões máxima e mínima do CO2, a temperatura e a vazão mássica da fonte de calor e a fração mássica no aquecedor, junto à configuração de ciclo combinado. Foi dada especial importância à otimização da eficiência de segunda lei normalizada e apenas fontes de calor sensíveis foram consideradas. Os resultados obtidos foram capazes de mostrar que enquanto as figuras de mérito em termos absolutos apresentaram tendências praticamente estabelecidas, as figuras de mérito normalizadas são altamente dependentes dos parâmetros considerados e claramente apresentam a existência de valores ótimos  os quais dependem da configuração do ciclo, das figuras de mérito consideradas, dos parâmetros de operação  os quais podem ser associados ao dimensionamento ótimo de plantas de potência.<br>Abstract : This study considers multivariable thermodynamic performance analyzes and optimizations of four CO2 (carbon dioxide) transcritical Rankine cycles and one CO2 supercritical Brayton cycle. Three dependent variables were used as figures of merit: the net power produced by the cycles and their 1st and 2nd Law efficiencies, all calculated in absolute terms, as well as normalized per unit of total global conductance, which is defined as the sum of the global conductances of all heat exchangers used in the cycle. The analyzes of the Rankine cycles were performed with respect to two independent variables, the high pressure of CO2 within the cycle and the temperature of the heat source, along with the following cycle configurations: (i) a basic power cycle, (ii) a cycle with a recuperator, (iii) a cycle with re-heating and (iv) a cycle with a recuperator and re-heating, namely, combined cycle. The optimization process relied on optimization routines and considered latent and sensible heat sources. The analyzes of the Brayton cycle were carried out with respect to six independent variables, the maximal temperature and the high and low pressures of CO2, the temperature and mass flow rate of the heat source and the heater mass fraction, along with only the combined cycle configuration. The optimization was focused on the normalized 2nd Law efficiency and only sensible heat sources were considered. The results obtained were able to show that while the individually defined figures of merit mostly presented established trends, the normalized ones are highly dependent on the parameters considered and clearly show the existence of optimum values { which are a function of the configuration of the cycle, figures of merit considered, operation parameters { that may be associated to optimally sizing power plants.Silva, Alexandre Kupka daUniversidade Federal de Santa CatarinaBattisti, Felipe Gesser2015-09-29T04:07:58Z2015-09-29T04:07:58Z2015info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis129 p.| il., grafs., tabs.application/pdf334709https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/135270engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2015-09-29T04:07:58Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/135270Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732015-09-29T04:07:58Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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