Análise energética de um chiller de absorção integrado a uma unidade de cogeração a gás natural
DOI:
https://doi.org/10.18265/2447-9187a2024id8129Palavras-chave:
análise de sensibilidade, chiller de absorção, cogeração, COPResumo
Os sistemas de cogeração de energia apresentam o potencial necessário à exploração racional dos recursos energéticos, vantagens econômicas e ambientais, segundo vários níveis de complexidade. Este artigo mostra a análise energética de um sistema de cogeração de energia composto por um grupo gerador, acionado por gás natural, um chiller de absorção de simples efeito operando com LiBr/H2O, um trocador de calor e uma torre de resfriamento. A modelagem termodinâmica foi desenvolvida na plataforma computacional Engineering Equation Solver®, EES-32 da F-Chart, e teve como propósito avaliar a influência dos principais parâmetros operacionais do sistema de cogeração. Embasando-se em dados fornecidos pelos fabricantes dos componentes do sistema e na primeira lei da termodinâmica, foi possível analisar o efeito de parâmetros como a carga do motor na divisão dos gases de exaustão entre o acionamento do chiller de absorção e um processo secundário. Para valores padrões adotados, o Coefficient Of Performance (COP) encontrado foi de 0,7427, sendo necessário apenas 50% dos gases rejeitados pelo motor para o acionamento do chiller, a eficiência energética do sistema de cogeração ficou em torno de 45,5%, potencial que pode ser aumentado se 100% dos gases de exaustão do motor fossem aproveitados.
Downloads
Referências
ABBAS, T.; ISSA, M.; ILINCA, A. Biomass cogeneration technologies: a review. Journal of Sustainable Bioenergy Systems, v. 10, n. 1, p. 1-15, 2020. DOI: https://doi.org/10.4236/jsbs.2020.101001.
ALCÂNTARA, S. C. S.; OCHOA, A. A. V.; COSTA, J. A. P.; MICHIMA, P. S. A.; SILVA, H. C. N. Natural gas based trigeneration system proposal to an ice cream factory: an energetic and economic assessment. Energy Conversion and Management, v. 197, 111860. 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.111860.
ARABI, M.; DEHGHANI, M. R. Measurement of solubility and density of water + lithium bromide + lithium chloride and water + lithium bromide + sodium formate systems. International Journal of Refrigeration, v. 56, p. 99-104, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.04.002.
ARAÚJO, L. R.; MORAWSKI, A. P.; BARONE, M. A.; DONATELLI, J. L. M.; SANTOS, J. J. C. S. On the effects of thermodynamic assumptions and thermoeconomic approaches for optimization and cost allocation in a gas turbine cogeneration system. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 42, 323, 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/s40430-020-02402-6.
ATANASOAE, P. Technical and economic assessment of micro-cogeneration systems for residential applications. Sustainability, v. 12, n. 3, 1074, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/su12031074.
BADAMI, M.; GERBONI, R.; PORTORARO, A. Determination and assessment of indices for the energy performance of district heating with cogeneration plants. Energy, v. 127, p. 697-703, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2017.03.136.
CALDAS, A. M. A.; CALDAS, A. G. A.; SANTOS, C. A. C.; OCHOA, A. A. V.; CÉZAR, K. L.; MICHIMA, P. S. A. Design, development and construction of Hall effect-based turbine meter type to measure flow in low-cost lithium bromide salt: proposed flowmeter and first results. International Journal of Refrigeration, v. 112, p. 240-250, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.01.002.
CAVALCANTI, E. J. C.; CARVALHO, M.; OCHOA, A. A. V. Exergoeconomic and exergoenvironmental comparison of diesel-biodiesel blends in a direct injection engine at variable loads. Energy Conversion and Management, v. 183, p. 450-461, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.12.113.
CÉZAR, K. L.; CALDAS, A. G. A.; CALDAS, A. M. A.; CORDEIRO, M. C. L.; SANTOS, C. A. C.; OCHOA, A. A. V.; MICHIMA, P. S. A. Development of a novel flow control system with arduino microcontroller embedded in double effect absorption chillers using the LiBr/H2O pair. International Journal of Refrigeration, v. 111, p. 124-135, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.11.014.
CHUN, A.; DONATELLI, J. L. M.; SANTOS, J. J. C. S.; ZABEU, C. B.; CARVALHO, M. Superstructure optimization of absorption chillers integrated with a large internal combustion engine for waste heat recovery and repowering applications: thermodynamic and economic assessments. Energy, v. 263, Part E, 125970, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125970.
CORREIA, R. C. Estudo e desenvolvimento de trocadores de calor compactos para micro-cogeração: contribuição para o desenvolvimento da microcogeração com o uso do gás natural no Brasil. 2009. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2009.
DADPOUR, D.; DEYMI-DASHTEBAYAZ, M.; HOSEINI-MODAGHEGH, A.; ABBASZADEH-BAJGIRAN, M.; SOLTANIYAN, S.; TAYYEBAN, E. Proposing a new method for waste heat recovery from the internal combustion engine for the double-effect direct-fired absorption chiller. Applied Thermal Engineering, v. 216, 119114, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119114.
FREIRE, R. M. M.; SANTOS, A. Á. B.; ALMEIDA, A. G. S. Thermoeconomic evaluation of three proposals for the energy cogeneration unit powered by natural gas, biogas, or syngas. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 42, 440, 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/s40430-020-02526-9.
FRENKEL, M; VILK, A.; LEGCHENKOVA, I.; SHOVAL, S.; BORMASHENKO, E. Mini-generator of electrical power exploiting the marangoni flow inspired self-propulsion. ACS Omega, 2019. v. 4, n. 12, p. 15265-15268, 2019. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.9b02257.
GARIMELLA, S.; PONKALA, M. J.; GOYAL, A.; STAEDTER, M. A. Waste-heat driven ammonia-water absorption chiller for severe ambient operation. Applied Thermal Engineering, v. 154, p. 442-449, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.03.098.
HEROLD, K. E.; RADAMACHER, R.; SANFORD, A. K. Absorption chillers and heat pumps. 2. ed. Boca Raton: Taylor & Francis, 2016.
KABEYI, M. J. B.; OLANREWAJU, O. A. Cogeneration potential of an operating diesel engine power plant. Energy Reports, v. 8, Supplement 16, p. 744-754, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.447.
KALLIO, S.; SIROUX, M. Hybrid renewable energy systems based on micro-cogeneration. Energy Reports, v. 8, Supplement 1, p. 762-769, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.11.158.
KASAEIAN, A.; BELLOS, E.; SHAMAEIZADEH, A.; TZIVANIDIS, C. Solar-driven polygeneration systems: recent progress and outlook. Applied Energy, v. 264, 114764, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.114764.
LIMA, A. A. S.; LEITE, G. N. P.; OCHOA, A. A. V.; SANTOS, C. A. C.; COSTA, J. A. P.; MICHIMA, P. S. A.; CALDAS, A. M. A.. Absorption refrigeration systems based on ammonia as refrigerant using different absorbents: review and applications. Energies, v. 14, n. 1, 48, 2021. DOI: https://doi.org/10.3390/en14010048.
LIRA, R. B.; FERREIRA-NETO, M.; DIAS, N. S.; MEDEIROS, J. F.; BRITO, R. F.; LEMOS, M.; FERNANDES, C. S.; SÁ, F. V. S. Biomass, grain yield, ethanol production, and energy cogeneration of sweet sorghum irrigated with domestic sewage effluent. Biomass Conversion and Biorefinery, v. 13, p. 9131-9140, 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s13399-021-01894-z.
MARION, M.; LOUAHLIA, H.; GUALOUS, H. Performances of a CHP Stirling system fuelled with glycerol. Renewable Energy, v. 86, p. 182-191, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.08.012.
MARQUES, A. S.; CARVALHO, M.; OCHOA, A. A. V.; ABRAHÃO, R.; SANTOS, C. A. C. Life cycle assessment and comparative exergoenvironmental evaluation of a micro-trigeneration system. Energy, v. 216, 119310, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119310.
MATELLI, J. A. Conceptual design of biomass-fired cogeneration plant through a knowledge-based system. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 38, p. 535-549, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s40430-015-0326-4.
MURUGAN, S.; HORÁK, B. A review of micro combined heat and power systems for residential applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 64, p. 144-162, 2016a. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.04.064.
MURUGAN, S.; HORÁK, B. Tri and polygeneration systems: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 60, p. 1032-1051, 2016b. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.01.127.
NIKBAKHTI, R.; WANG, X.; HUSSEIN, A. K.; IRANMANESH, A. Absorption cooling systems: review of various techniques for energy performance enhancement. Alexandria Engineering Journal, v. 59, n. 2, p. 707-738, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aej.2020.01.036.
OCHOA, A. A. V. Análise exergoeconômica de um chiller de absorção de 10TR integrado a um sistema de microgeração com microturbina a gás de 30 kW. 2010. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2010. Disponível em: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/4905. Acesso em: 6 set. 2023
OCHOA, A. A. V.; DUTRA, J. C. C.; HENRÍQUEZ, J. R. G.; ROHATGI, J. Energetic and exergetic study of a 10RT absorption chiller integrated into a microgeneration system. Energy Conversion and Management, v. 88, p. 545-553, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2014.08.064.
OLIVEIRA, L. A. J.; BURIN, E. K.; BAZZO, E. Exergy, economic and environmental assessment of a hybrid solar-biomass cogeneration plant applied to the corn ethanol industry. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 45, 433, 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s40430-023-04337-0.
QASEM, N. A. A.; LAWAL, D. U.; ALJUNDI, I. H.; ABDALLAH, A. M.; PANCHAL, H. Novel integration of a parallel-multistage direct contact membrane distillation plant with a double-effect absorption refrigeration system. Applied Energy, v. 323, 119572, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119572.
QIN, Y.; ZHANG, H.; ZHANG, X. Integrating high-temperature proton exchange membrane fuel cell with duplex thermoelectric cooler for electricity and cooling cogeneration. International Journal of Hydrogen Energy, v. 47, n. 91, p. 38703-38720, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.09.041.
SANTOS, C. M. S. Análise exergoeconômica de uma unidade de cogeração a gás natural com refrigeração por absorção. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2005.
SCHNEIDER, T.; MÜLLER, D.; KARL, J. A review of thermochemical biomass conversion combined with Stirling engines for the small-scale cogeneration of heat and power. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 134, 110288, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110288.
SCHREIBER, J. G. Status of the NASA Stirling Radioisotope Project. 2007. n. May 2007, p. 1-18. Disponível em: https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20070022839. Acesso em: 5 set. 2023.
SZABÓ, G. L. Exergetic optimization of absorption chillers: a case study. Case Studies in Thermal Engineering, v. 28, 101634, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101634.
VALENTI, G.; SILVA, P.; FERGNANI, N.; DI MARCOBERARDINO, G.; CAMPANARI, S.; MACCHI, E. Experimental and numerical study of a micro-cogeneration Stirling engine for residential applications. Energy Procedia, v. 45, p. 1235-1244, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2014.01.129.
WANG, W.; FAN, L. W.; ZHOU, P. Evolution of global fossil fuel trade dependencies. Energy, v. 238, Part C, 121924. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121924.
XU, A.; XU, M.; XIE, N.; LIANG, J.; ZENG, K.; KOU, G.; LIU, Z.; YANG, S. Performance analysis of a cascade lithium bromide absorption refrigeration/dehumidification process driven by low-grade waste heat for hot summer and cold winter climate area in China. Energy Conversion and Management, v. 228, 113664, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113664.
YAZAKI ENERGY SYSTEM. WFC-SC(H) chiller & chiller-heater. 2. Installation. WFC-SC(H)10, 20, 30, & 50. Version 11-1. Disponível em: https://yazaki-nordic.se/onewebmedia/WFC-SC10-20-30-50_Installation_en.pdf. Acesso em: 10 out. 2023.
YUE, C.; HAN, D.; PU, W.; HE, W. Energetic analysis of a novel vehicle power and cooling/heating cogeneration energy system using cascade cycles. Energy, v. 82, p. 242-255, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.01.035.
UNITED NATIONS. Global Issues. Population. Disponível em: https://www.un.org/en/global-issues/population. Acesso em: 07 fev. 2024.
Downloads
Edição
Seção
Licença
• O(s) autor(es) autoriza(m) a publicação do artigo na revista;
• O(s) autor(es) garante(m) que a contribuição é original e inédita e que não está em processo de avaliação em outra(s) revista(s), nem esteja publicado em anais de congressos e/ou portais institucionais;
• A revista não se responsabiliza pelas opiniões, ideias e conceitos emitidos nos textos, por serem de inteira responsabilidade de seu(s) autor(es). Opiniões e perspectivas expressas no texto, assim como a precisão e a procedência das citações, são de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es), e contribuem para a promoção dos:
- Princípios FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable – localizável, acessível, interoperável e reutilizável);
- Princípios DEIA (diversidade, equidade, inclusão e acessibilidade).
• É reservado aos editores o direito de proceder ajustes textuais e de adequação do artigos às normas da publicação.
Responsabilidades dos autores e transferência de direitos autorais
Os autores devem declarar a originalidade do estudo, bem como o fato de que este não foi publicado anteriormente ou está sendo considerado para publicação em outro meio, como periódicos, anais de eventos ou livros. Ao autorizarem a publicação do artigo na Revista Principia, os autores devem também responsabilizar-se pelo conteúdo do manuscrito, cujos direitos autorais, em caso de aprovação, passarão a ser propriedade exclusiva da revista. A Declaração de Responsabilidades dos Autores e Transferência de Direitos Autorais deverá ser assinada por todos os autores e anexada ao sistema como documento suplementar durante o processo de submissão. Clique no link abaixo para fazer o download do modelo.
Esta revista, seguindo as recomendações do movimento de Acesso Aberto, proporciona seu conteúdo em Full Open Access. Assim os autores conservam todos seus direitos permitindo que a Revista Principia possa publicar seus artigos e disponibilizar pra toda a comunidade.
A Revista Principia adota a licença Creative Commons 4.0 do tipo atribuição (CC-BY). Esta licença permite que outros distribuam, remixem, adaptem e criem a partir do seu trabalho, inclusive para fins comerciais, desde que lhe atribuam o devido crédito pela criação original.
Os autores estão autorizados a enviar a versão do artigo publicado nesta revista em repositório institucionais, com reconhecimento de autoria e publicação inicial na Revista Principia.
