Análise de emergia para um Ciclo Orgânico de Rankine (ORC) utilizando diferentes fluídos de trabalho

Abstract

A análise de emergia vem sendo utilizada nos últimos anos para medir os impactos ambientais e econômicos associados à produção de algum tipo de energia ou produto. Uma análise tradicional de emergia é divida em três fases. Primeiro, a contabilização em termos de unidade e transformada de todos os materiais utilizados na manufatura do fluído de trabalho e dos equipamentos do ciclo; Segundo, os insumos necessários para a operação do ciclo termodinâmico, no caso desta pesquisa, calor residual; Terceiro, os insumos necessários para transportar todos os equipamentos do ciclo para suas respectivas destinações, ao final do ciclo de vida da usina. Neste trabalho, resultados da análise de emergia foram comparados para diferentes fluídos orgânicos de trabalho aplicados a diferentes ciclos orgânicos de Rankine (ORC) a fim de ranquear cada um dos sistemas em termos de sustentabilidade a curto, médio e longo período de acordo com o (índice emergético de sustentabilidade – “Emergy Index of Sustainability). Para tal, o software EES (engineering equation solver) foi utilizado para obter os parâmetros termodinâmicos para cada fluído de trabalho em seu respectivo ciclo ORC. Todos os insumos utilizados nas três fases da análise emergética são contabilizados para obter o . Um novo método de cálculo para obter das massas dos componentes do ciclo ORC foi apresentado a fim de considerar as irreversibilidades do sistema. R134a e NH3 foram classificados como sustentável por um médio período em todos os ciclos analisados. Esses resultados mostraram que a análise emergética pode ser utilizada como um método adicional para a seleção de ciclos ORC.

Emergy analysis has been used in recent years to measure environmental and economic impacts associated a production of some form of energy or product. A traditional emergy analysis is divided in three phases. First, all materials required to manufacture the system components are measured in terms of unit and transformity; Second, the necessary inputs to operate the thermodynamic cycle are considered, and third, the inputs necessary to transport all components of system. In this paper, results of an emergy analysis in two different organic fluids, considering each of them with and without irreversibility, were compared to determine the performance for each ORC and to rank it in a scale of short, medium and long-term sustainability, according to EIS (Emergy Index of Sustainability). As such, EES (engineering equation solver) was used to get the thermodynamics parameters for each ORC working fluid; all inputs used along the three phases of emergy analyses had been added to obtain the EIS. A new calculation method to obtain the masses of the components of the ORC cycle was presented in order to consider the system irreversibility. R134a and NH3 were classified as sustainable on medium term for all cycles. These results show that emergy analysis can be used as an additional method for selecting an ORC.