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.