Development of a simulation tool for analysis of cogeneration plants

Autor: Sousa, Paulo Roberto Gomes de, 1984
Přispěvatelé: Gallo, Waldyr Luiz Ribeiro, 1954, Bizzo, Waldir Antônio, Gallego, Antônio Garrido, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Waldyr Luiz Ribeiro Gallo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Esse trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta de modelamento para realizar estudos de otimização de ciclos térmicos. A escolha do tema justificou-se por se tratar de um assunto com possibilidades de exploração de novas oportunidades de pesquisas e simulações, principalmente aplicadas em plantas de cogeração. Sabe-se que o Brasil tem um alto potencial para a cogeração, sendo necessário apenas que aumentem as prioridades para tal questão, destinando mais trabalhos, pesquisas e investimentos na área. A planta estudada nesse trabalho é do setor sucroenergético que pode funcionar em várias condições de carga. Para realização desse trabalho foi construído um programa computacional na linguagem VBA Excel, onde cada componente da planta é modelado através de equações de balanço de massa e energia. Para viabilizar o estudo foi necessário implementar a rotina de cálculo de propriedades do fluido de trabalho. A formulação utilizada para o cálculo das propriedades do fluido nos diversos estados foi a IAPWS IF-97. O programa simula o comportamento dos componentes e ciclo térmico visando eficiência global e flexibilidade da planta. Ele auxilia nas avaliações financeiras e sustentabilidade do projeto. Outro ponto do programa computacional foi a possibilidade de estudar a planta de cogeração trabalhando em cargas parciais, visto que essas variações são comuns no período operacional, mostrando um aumento de mais de sete vezes na geração de potência entre a variação de carga de 20% à 100%, aumento de eficiência de 1° lei de 10% e uma variação na eficiência de cogeração em torno de 13%. Outro ponto interessante foi o aumento do lucro de mais de 3,2 vezes com a venda de excedentes de energia elétrica. Os dados apresentados no trabalho mostram o comportamento dos equipamentos diante da variação de carga da planta, e resultados de otimização realizada através da ferramenta de simulação. Foi calculado o ponto ótimo de operação visando ganhos energéticos e geração de energia elétrica, para maximizar os lucros e minimizar a utilização de recursos, consequentemente tornando-se um dado estratégico para a indústria. Os resultados apresentados mostram que à 100% de carga há um excedente de energia elétrica de 62 MW, resultando uma receita de 5,8 e lucro de 3,3 milhões de reais por mês. As eficiências de cogeração e potência elétrica em análise de 1° e 2° leis da termodinâmica à 100% de carga, resultaram nos seguintes valores respectivamente 65%, 33,5%, 31,8%, 25,4%, 23,8% e 22,8% Abstract: This work aims to develop a modeling tool to carry out studies to optimize thermal cycles. The choice of the theme was justified because it is a subject with possibilities for exploring new possibilities for research and simulations, mainly applied in cogeneration plants. It is known that Brazil has a high potential for cogeneration, and it is only necessary to prioritize this issue, allocating more work, research and investments in the area. The plant studied in this work is from the sugar-energy sector and can operate under various load conditions. To carry out this work, a computer program was built in the VBA Excel language, where each component of the plant is modeled using mass and energy balance equations. To make the study feasible, it was necessary to implement the routine for calculating the properties of the working fluid. In this case, the formulation used to calculate the properties of the fluid in the different states with IAPWS IF-97. The program simulates the behavior of the components and the thermal cycle aiming at overall efficiency and plant flexibility. Assists the project's financial and sustainability assessments. The data presented in the work show the behavior of the equipment in the face of the variation in plant load and optimization results performed through the simulation tool. The optimum point of operation was calculated aiming at energy gains and electric power generation to maximize profits and minimize the use of resources, consequently becoming a strategic data for the industry. The results obtained provided the possibility to study the cogeneration plant working in partial loads, because these variations are common in the operational period, where the load variation occurs from 20% to 100%, efficiency variations of the 1st law of 10% and variations in cogeneration efficiency around 13%. Another interesting result observed in the case study was the increase in profit of more than 3.2 times from the sale of surplus electricity. The results obtained showed that in 100% load there is a surplus of electricity from 62 MW, providing a revenue from 5,8 and profit of 3,3 million of reais per month. The cogeneration and surplus electricity of 1st and 2nd laws of thermodynamics efficiencies at 100% load, were respectively at 65%, 33,5%, 31,8%, 25,4%, 22,8% and 23,8% Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica
Databáze: OpenAIRE
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