Análise termodinâmica de um ciclo Rankine orgânico acoplado à Concentradores solares parabólicos - Vitti, João Vinícius Solera [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021)
A preservação do meio ambiente e a diminuição da emissão de gases causadores do efeito estufa são assuntos que vem ganhando destaque na agenda internacional devido ao constante aumento da temperatura média mundial e os efeitos nocivos causados pelo homem à fauna e à flora. No entanto, com o advento da tecnologia e do aumento populacional, é indiscutível a necessidade de se aumentar a disponibilidade de energia. Diante desta situação, a busca por fontes de energia renovável tem sido o foco de muitos pesquisadores para torná-las mais acessíveis, eficientes e competitivas em relação aos combustíveis fósseis. Dentre os vários tipos de energia sustentável, a energia solar térmica é uma energia ilimitada e abundante ainda pouco explorada no território brasileiro, representando apenas 1,0 % de toda matriz energética, mesmo apresentando um grande potencial, entre 1200 a 2000 kWh/m²/ano. Este trabalho apresenta um estudo de um coletor solar de calha parabólica acoplado a um ciclo Rankine Orgânico para a geração de energia elétrica, onde é avaliado para o ciclo solar: a quantidade de calor transferido ao fluido de trabalho e a eficiência total do ciclo em função da vazão mássica e das temperaturas do sistema para diferentes comprimentos do coletor. Além disso, considerando o acoplamento com o ciclo Rankine é calculada a partir do Software EES: a eficiência da planta, a quantidade de calor necessária para aquecer o fluido orgânico e a potência gerada. Quatro fluidos orgânicos diferentes foram analisados em razão de suas propriedades termodinâmicas apontadas por vários autores em outros estudos, o R12, R123, R134a e o R600a, para cada um desses fluidos foi calculado a potência útil e a eficiência, supondo as condições de operação para obter um melhor desempenho para cada fluido. O R600a apresentou o melhor resultado, seguido do R123 e o R134a apresentou, no geral, a menor eficiência. No entanto, o R600a apresentou a desvantagem de precisar de muita energia para aquecê-lo, quantidade essa que não poderia ser fornecida pelo ciclo solar estudado. O R123 e o R12, apesar de seu bom desempenho termodinâmico, apresentam características nocivas ao meio ambiente, como alto potencial de efeito estufa e de destruição da camada de ozônio, deste modo, apesar do R134a apresentar o pior desempenho termodinâmico, se mostrou a melhor opção dentre os fluidos analisados.

The preservation of the environment and the reduction of the emission of gases that cause the greenhouse effect are subjects that have been gaining prominence in the international agenda due to the constant increase in the average world temperature and the harmful effects caused by man to the fauna and flora. However, with the advent of technology and population growth, the need to increase energy availability is indisputable. Faced with this situation, the search for renewable energy sources has been the focus of many researchers to make them more accessible, efficient and competitive in relation to fossil fuels. Among the various types of sustainable energy, solar thermal energy is an unlimited and abundant energy that is still little explored in the Brazilian territory, representing only 1.0% of the entire energy matrix, even though it has a great potential, between 1200 and 2000 kWh/m²/ year. This work presents a study of a parabolic trough solar collector coupled to an Organic Rankine cycle for the generation of electric energy, where it is evaluated for the solar cycle: the amount of heat transferred to the working fluid and the total efficiency of the cycle in function mass flow and system temperatures for different collector lengths. Furthermore, considering the coupling with the Rankine cycle, it is calculated from the EES Software: the efficiency of the plant, the amount of heat needed to heat the organic fluid and the power generated. Four different organic fluids were analyzed due to their thermodynamic properties pointed out by several authors in other studies, R12, R123, R134a and R600a, for each of these fluids the useful power and efficiency were calculated, assuming the operating conditions to get better performance for each fluid. R600a presented the best result, followed by R123 and R134a presented, in general, the lowest efficiency. However, R600a had the disadvantage of needing a lot of energy to heat it, an amount that could not be provided by the studied solar cycle. R123 and R12, despite their good thermodynamic performance, have characteristics that are harmful to the environment, such as a high potential for the greenhouse effect and destruction of the ozone layer, therefore, despite R134a showed the worst thermodynamic performance, it proved to be the best option among the analyzed fluids.
Thermodynamic analysis of an organic Rankine cycle coupled to parabolic trough solar collectors
Keywords: Energias renováveis; Energia solar; Concentrador solar de calha parabólica; Ciclo rankine orgânico; Renewable energies; Solar energy; Parabolic trough solar concentrator; Organic rankine cycle