Otimização de um ciclo Brayton irreversível com regeneração, inter-resfriamento e reaquecimento através de uma função objetivo termoeconômica

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Fornazari Filho, Ricieri
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Função termoeconômica; Ciclo Brayton; Otimização; Irreversibilidades; Brayton cycle; Optimization; Thermoeconomic function; Irreversibility
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/154747

Desenvolver e projetar plantas de potência otimizadas é uma constante e antiga busca da engenharia de energia. Para tal, os modelos de ciclos foram constantemente aprimorados ao longo do tempo. Através de estudos que procuram incorporar funções que descrevam a realidade mais precisamente, o equacionamento de irreversibilidades presentes nos processos e dispositivos reais de interações de trabalho e calor é vasto na literatura. Uma modelagem matemática foi desenvolvida para um ciclo Brayton irreversível com inter-resfriamento, regeneração e reaquecimento. As irreversibilidades consideradas são provenientes das resistências térmicas nos trocadores de calor do ciclo, do comportamento não isentrópicos dos elementos de expansão e compressão, da perda de calor para o reservatório frio e das perdas de carga nas tubulações ao longo do escoamento do fluido de trabalho. O método de otimização escolhido foi uma função termoeconômica a qual relaciona potência líquida com diversos tipos de custos de uma planta de potência, tais como custos de investimentos, de combustíveis, ambientais e de operação e manutenção. A modelagem matemática consistiu em determinar todas as temperaturas e parâmetros de interesse do ciclo através do conhecimento de apenas uma temperatura, denominada temperatura de controle. A partir de variações nesta temperatura foi possível estabelecer o comportamento dos demais parâmetros do ciclo e relacioná-los com irreversibilidades e parâmetros construtivos. O presente trabalho apresentou um modelo de ciclo Brayton não encontrado na literatura, acopladas diversas fontes de irreversibilidades sob a ótica de uma função de custos de quatro termos. Os resultados obtidos demonstram que a faixa ótima para operação em máxima potência difere da faixa ótima para operação sob máxima eficiência, sendo que a operação termoeconômica maximizada se aproxima mais da última do que da primeira. Foi observado também que as perdas de carga e as resistências dos trocadores de calor são irreversibilidades significativas no ciclo de potência.