Otimização de um ciclo Brayton irreversível com regeneração, inter-resfriamento e reaquecimento

Abstract

Uma modelagem matemática foi desenvolvida para um ciclo Brayton irreversível adicionado processos de regeneração, inter-resfriamento e reaquecimento. s irreversibilidades são provenientes da resistência térmica nos trocadores de calor, das perdas de carga nas tubulações, do comportamento não isotrópico dos processos adiabáticos de expressão e compressão e da perda de calor para a fonte fria. Cinco diferentes critérios de otimização foram escolhidos para serem analisados e comparados: potência de saída, eficiência térmica, função ecológica, coeficiente ecológico de desempenho (ECOP) e densidade de potência. O primeiro processo de otimização é realizado numericamente de forma a buscar as temperaturas ótimas para a configuração do ciclo. Como os resultados indicam que as razões de pressão para o primeiro estágio de compressão e expansão também apresentam um valor ótimo é realizada uma segunda otimização numérica de maneira a encontrar estas razões ótimas. Os resultados obtidos indicam a influência dos parâmetros construtivos no desempenho da planta de potência e também as características inerentes à utilização de cada critério de otimização. Por fim, uma terceira otimização é efetuada numericamente visando uma distribuição ótima do número de unidades de transferência total entre os trocadores de calor com o intuito de buscar a melhoria nos resultados obtidos para os cinco critérios. Estes resultados são então examinados e uma última comparação é feita averiguando as vantagens e desvantagens da utilização de casa critério escolhido

A mathematical modeling was developed for an irreversible Brayton cycle adding processes of regeneration, intercooling and reheat. The irreversibilities are from heat resistance in the heat exchangers, pressure drops in pipes, non-isentropic behavior of the compression and expansion adiabatic processes and heat loss to the cold sink. Five different optimization criteria were chosen to be analyzed and compared power output, thermal efficiency, ecological function, ecological coefficient of performance (ECOP) and power density. The first optimization process is performed nemerically in order to get the optimum temperatures for the cycle configuration. As the results indicate that the pressure ratios for the first stage of compression an expansion also present an optimum value it is done a second numerical optimization to find these optimus ratios. The results show the influence of constructive parameters in the power plant performance and also the characteristics inherent in the use of each optimization criterion. Finally, a third optimization is performed numerically amining at an optimal distribution of the total number of transfer units between the heat exchangers in oder to seek the improvement of the results for the five criteria. These results are then examined and a final comparison is made by examining the advantages and disadvantages of using each criteria chosen