Geração de energia elétrica a partir de fontes de baixa temperatura

Geração de Energia Elétrica a Partir de Fontes de Baixa Temperatura
Resumo-- O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo matemático baseado na segunda lei da termodinâmica com o intuito de avaliar o potencial de fontes de baixa temperatura para a produção de energia elétrica. Assim, analisou-se o comportamento de diferentes fluidos de trabalho em um Ciclo Orgânico deRankine (ORC). A análise foi desenvolvida a partir de um modelo matemático, utilizando equações cúbicas de estado para o cálculo das propriedades termodinâmicas (Peng-Robinson Stryjek-Vera - PRSV) e balanços de massa, energia e entropia nos componentes do sistema térmico. Os fluidos avaliados foram: Butano, Isobutano, Pentano e Isopentano; e fluidos refrigerantes: R134a, R143a, R123 e R40. Osresultados mostram que, os fluidos com elevadas entalpias de vaporização operando a baixas temperaturas oferecem maior trabalho útil e menores irreversibilidades no sistema, incrementando a eficiência do sistema térmico proporcionalmente com o aumento da temperatura da fonte de calor.

Palavras-chave--Ciclo Orgânico de Rankine, Entropia, Equações de estado, Fluidos Orgânicos de Trabalho, Peng-RobinsonStryjek-Vera.
Introdução
Uma das características da sociedade atual é o elevado consumo de energia, especialmente, de energia elétrica, que por sua versatilidade e comodidade é utilizada a nível industrial e doméstico em quase toda situação que precise de um consumo energético.
É nesse momento, na geração, é que se estabelecem os dois maiores problemas, que se situam à frente do debate sobre ofornecimento futuro de energia elétrica:
• Energia primária para a geração elétrica; e,
• Impacto ambiental provocado.
As proporções destes problemas são grandes, ainda mais, levando em conta que o consumo de energia elétrica é um importante indicador socioeconômico. Por isso, assegurar uma fonte de energia para a geração de eletricidade no futuro é uma necessidade para instalações depotência.
Visando este cenário, nos últimos anos as mudanças originadas nos mercados de energia, investimentos do sector privado e incentivos estabelecidas pelos governos tem levado a um incremento na utilização tanto de fontes de energias renováveis (solar, eólica, biomassa, OTEC e Geotérmica), como de fontes de calor residual como gases de exaustão de turbinas e motores e de processos industriais comouma alternativa parcial para a solução conjunta dos problemas de segurança energética e impactos ambientais originados pela produção de energia elétrica.
Entre as diferentes tecnologias de geração de potência elétrica através das energias renováveis, a energia geotérmica e a recuperação de calor de baixa temperatura destacam-se como as mais promissórias e, atualmente, pode-se considerar uma formabem estabelecida e relativamente madura de produção de energia. No caso da energia geotérmica, esta tecnologia não é dependente das condições atmosféricas, o que permite um fornecimento contínuo sem precisar de equipamentos adicionais para acumular energia e seu fator de carga elevado permite produzir mais eletricidade por MW instalado, quando comparado com uma planta de capacidade semelhante apartir de energia eólica ou solar.
Das diferentes fontes de energia anteriormente mencionadas para a geração de eletricidade, a maioria emprega o vapor de água como fluido de trabalho através do ciclo de Rankine, devido a suas vantagens, tais como: o preço, a disponibilidade e não-toxicidade. No entanto, para baixas temperaturas (abaixo de 120 0C), é bastante difícil usar a água como o fluido detrabalho, devido à necessidade de aplicar vácuo em uma grande parte da planta, tornando-se menos eficiente e aumentando os custos de geração consideravelmente.
Tendo em conta que os ciclos convencionais de geração de vapor não oferecem bons rendimentos para fontes de calor de baixas temperaturas, o Ciclo Orgânico de Rankine (ORC), é utilizado para este fim. Existem muitas vantagens do uso do...