Superstructure Optimization Of Absorption Chillers Integrated With a Large Internal Combustion Engine For Intake Air Conditioning

Nome: André Chun
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 09/12/2020
Orientador:

Nomeordem decrescente Papel
José Joaquim Conceição Soares Santos Orientador

Banca:

Nomeordem decrescente Papel
Daniel Alexander Florez Orrego Examinador Externo
João Luiz Marcon Donatelli Coorientador
José Joaquim Conceição Soares Santos Orientador
Mônica Carvalho Examinador Externo
Silvia Azucena Nebra de Pérez Examinador Externo

Resumo: Este trabalho objetiva propor um projeto térmico de um sistema de água gelada que fornece efeitos de resfriamento e processo de desumidificação no ar de admissão do motor, portanto, permitindo uma operação sobre condição de restrição reduzida de knocking que implica em um melhora de desempenho. A redução da demanda de energia elétrica no radiador também é investigada como segundo benefício. A principal contribuição é aplicar a metodologia de otimização por superestruturas considerando diversas opções de sistemas de chiller por absorção integradas em um motor da Wärtsilä 20V34SG de 8,7 MW. A modelagem e otimização da superestrutura são desenvolvidas no software Engineering Equation Solver e duas Funções Objetivo distintas são exploradas separademente. Primeiramente, minimiza-se o custo específico da água gelada, e posteriormente, o lucro bruto é maximizado. Somado a isso, uma análise exergética detalhada é desenvolvida para cada equipamento térmico que compõe o sistema térmico otimizado. Finalmente, um estudo de viabilidade econômica também é realizado. Em relação aos principais resultados, para se alcançar o lucro máximo de 30,7 US$ h-1, a solução ótima é uma configuração de simples-efeito com regenerador de alta em sua estrutura, além de recuperar totalmente a água de resfriamento do motor enquanto preaquecendo no trocador de calor de gases de exaustão. Para o custo específico mínimo de 311,7 US$ ton-1, a melhor configuração é um chiller de meio-efeito sem a presença de regeneradores. A análise exergética permite comentar que o chiller de simples-efeito concentra mais perdas exergéticas nos trocadores de calor dissipativos (29,56%) do que o meio-efeito (22,08%). Entretanto, há maior concentração de irreversibilidades no chiller de meio-efeito (67,09%) do que no simples-efeito (48,24%). O coeficiente exergético é maior no simples-efeito, apresentando um valor de 0,222 contra 0,108 de coeficiente exergético no meio-efeito. O motor sob condição de repotencialização de 10,2 MW apresenta eficiência energética de 45,26% contra 44,87% da condição nominal de 8,7 MW. Adicionalmente, a eficiência exergética do motor é aumentada de 43,27% para 43,64%. Esta aplicação de repotencialização gera um LCOE calculado de 19,2 US$ MWh-1 enquanto que um sistema ORC comercial sobre condições similares apresenta um LCOE de 57,15 US$ MWh-1. Os indicadores econômicos apresentam um cenário promissor para o motor de estudo, demonstrando um período máximo de payback descontado de 3 anos.

Acesso à informação
Transparência Pública

© 2013 Universidade Federal do Espírito Santo. Todos os direitos reservados.
Av. Fernando Ferrari, 514 - Goiabeiras, Vitória - ES | CEP 29075-910