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:
| Nome | Papel |
|---|---|
| JOSÉ JOAQUIM CONCEIÇÃO SOARES SANTOS | Orientador |
Banca:
| Nome | Papel |
|---|---|
| JOÃO LUIZ MARCON DONATELLI | Coorientador |
| DANIEL ALEXANDER FLOREZ ORREGO | Examinador Externo |
| MÔNICA CARVALHO | Examinador Externo |
| SILVIA AZUCENA NEBRA DE PÉREZ | Examinador Externo |
| JOSÉ JOAQUIM CONCEIÇÃO SOARES SANTOS | Orientador |
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.
