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

dc.contributor.advisor1 Fortes, Anderson Felipe Chaves
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/6756710685687376pt_BR
dc.contributor.referee1 Silva, Janiel Fontineles
dc.contributor.referee1Lattes http://lattes.cnpq.br/9481574969373085pt_BR
dc.contributor.referee2 Borges, Wênio Fhara Alencar
dc.contributor.referee2Lattes http://lattes.cnpq.br/4557854216633924pt_BR
dc.contributor.referee3 Carvalho, Igor Antônio de Oliveira
dc.contributor.referee3Lattes http://lattes.cnpq.br/9523656058285402pt_BR
dc.creator Silva, Lucas Rodrigues Soares da
dc.creator.Lattes https://lattes.cnpq.br/9130082054129978pt_BR
dc.date.accessioned 2025-08-07T16:50:35Z
dc.date.available 2025-08-07T16:50:35Z
dc.date.issued 2025
dc.description.abstract Biomass is a resource that can be used to generate energy through combustion. According to the 2023 Brazilian energy matrix provided by the Energy Research Company (EPE), the main biomass residues used are: sugarcane bagasse with 16.8%, agricultural residues with 8.6%, and other sources—such as industrial waste, rice husks, and food waste—accounting for 7.2%. In this study, the green coconut husk is presented as an alternative biomass source for application in a conventional Rankine cycle coupled with an organic Rankine cycle. Green coconut is cultivated across approximately 190,000 hectares in Brazil, with an estimated annual production of around 1.8 billion fruits and a low rate of husk reuse. Thus, this research aims to study the application of green coconut husk bagasse for energy generation in a cogeneration plant. The analyses were carried out using the energetic potential of coconut husks reported in the literature, and three working fluids—R245fa, R134a, and R123—were applied to the organic Rankine cycle. The comparison among the cycles using the three fluids was conducted to determine which provides better exergetic efficiency under the proposed operating conditions. Furthermore, a thermoeconomic analysis was performed following the UFS exergy disaggregation model. The software used for the study was MATLAB. Upon examining the results, it was found that green coconut husk bagasse, with a Lower Heating Value (LHV) of 17,000 kJ/kg, demonstrates good energy recovery potential and can be used to supply a Rankine cycle. The R134a fluid showed the best performance for the proposed plant, with energy and exergy efficiencies of 33.15% and 43%, respectively. Meanwhile, the R123 and R245fa fluids reached exergy efficiencies of 34.65% and 35.85%, respectively. In addition to providing the highest exergy efficiency, R134a also presented the lowest unit exergy and monetary operating costs in the thermoeconomic analysis, with values of 46.99 kW/kW and 142.7 R$/MWh, respectively. In comparison, R123 showed an exergy cost of 424.8 kW/kW and a monetary cost of 1,259.5 R$/MWh, while R245fa achieved 183.45 kW/kW and 545.88 R$/MWh, respectively.pt_BR
dc.description.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.pt_BR
dc.description.sponsorship Agência 1pt_BR
dc.identifier.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.pt_BR
dc.identifier.uri https://bia.ifpi.edu.br/jspui/handle/123456789/4527
dc.language porpt_BR
dc.publisher Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauípt_BR
dc.publisher.country Brasilpt_BR
dc.publisher.department Campus Teresina Centralpt_BR
dc.publisher.initials IFPIpt_BR
dc.rights Acesso Abertopt_BR
dc.subject Biomassapt_BR
dc.subject Exergéticapt_BR
dc.subject Ciclo Rankine orgânicopt_BR
dc.subject Termoeconômicapt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICApt_BR
dc.title Análise exergética e termoeconômica de um ciclo Rankine orgânico acoplado a um ciclo Rankine convencional operando com a biomassa do coco verdept_BR
dc.title.alternative Exergetic and thermoeconomic analysis of an organic Rankine cycle coupled to a conventional Rankine cycle operating with green coconut biomasspt_BR
dc.type Trabalho de Conclusão de Cursopt_BR

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