Análise exergética e termoeconômica de um ciclo Rankine orgânico acoplado a um ciclo Rankine convencional operando com a biomassa do coco verde

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí

Resumo

A biomassa é um recurso que pode ser utilizado para gerar energia por meio da queima. De acordo com a matriz energética brasileira de 2023 fornecida pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), os principais resíduos de biomassa utilizados são o bagaço da cana de açúcar com 16,8%, resíduos agrícolas com 8,6% e outras fontes, como resíduos industriais, casca do arroz e resíduos de alimento com 7,2%. No presente trabalho é apresentada a casca do coco verde como fonte alternativa de biomassa para aplicação em um ciclo Rankine convencional acoplado a um ciclo Rankine orgânico. O coco verde possui uma área de colheita em território brasileiro de aproximadamente 190.000 hectares e uma produção de mais ou menos 1,8 bilhões de frutos por ano e um baixo índice de reaproveitamento da casca. Dessa forma, a pesquisa visa estudar a aplicação do bagaço da casca do coco verde para gerar energia a uma planta de cogeração. As análises foram realizadas utilizando a capacidade energética da casca do coco encontrada na literatura e três fluidos de trabalho foram aplicados ao ciclo Rankine orgânico, sendo eles o R245fa, R134a e o R123. A comparação do ciclo com os três fluidos foi realizada no intuito de verificar qual fornece melhor eficiência exergética para as condições de operação propostas. Ademais, uma análise termoeconômica foi feita seguindo o modelo de desagregação de exergia UFS. O software utilizado para o estudo foi o MATLAB. Ao examinar os resultados, constatou-se que o bagaço da casca do coco, com um Poder Calorífico Inferior (PCI) de 17.000 kJ/kg, apresenta bom aproveitamento energético, podendo ser utilizado para alimentar um ciclo Rankine. O fluido R134a apresentou o melhor desempenho para a planta proposta, com eficiências energética e exergética de 33,15% e 43%, respectivamente. Já os fluidos R123 e R245fa obtiveram eficiências exergéticas de 34,65% e 35,85%, respectivamente. Além de fornecer a maior eficiência exergética, o R134a também apresentou os menores custos unitários exergéticos e monetários de operação na análise termoeconômica, com valores de 46,99 kW/kW e 142,7 R$/MWh, respectivamente. Em comparação, o R123 apresentou custo exergético de 424,8 kW/kW e custo monetário de 1.259,5 R$/MWh, enquanto o R245fa obteve 183,45 kW/kW e 545,88 R$/MWh.

Description

Keywords

Biomassa, Exergética, Ciclo Rankine orgânico, Termoeconômica

Citation

SILVA, Lucas Rodrigues Soares da. Análise Exergética e Termoeconômica de um ciclo Rankine orgânico acoplado a um ciclo Rankine convencional operando com a biomassa do coco verde. Orientador: Anderson Felipe Chaves Fortes. 2025. 67 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Instituto Federal do Piauí, Campus Teresina Central, Teresina, 2025.

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