ANÁLISE TEÓRICA DE UMA PLANTA HELIOTÉRMICA DE PEQUENA ESCALA OPERANDO COM CICLO RANKINE ORGÂNICO

Resumen

As plantas heliotérmicas, também conhecidas como usinas CSP (Concentrated Solar Power), empregam o ciclo Rankine para transformar a energia térmica em energia elétrica. O ciclo Rankine, por sua vez, pode operar com água ou com fluidos orgânicos. O presente trabalho faz uma análise teórica do desempenho de uma usina heliotérmica de pequena escala operando com ciclo Rankine orgânico - ORC (Organic Rankine Cycle). O circuito primário (campo solar) opera com água e sem armazenamento térmico, enquanto o circuito secundário (ORC) foi simulado para operar com 22 fluidos orgânicos úmidos, todos existentes no software EES. Durante a triagem dos fluidos orgânicos, foram selecionados 3 álcoois, 1 cetona, 1 alceno e 17 fluidos refrigerantes. Foi desenvolvido um algoritmo de cálculo no EES, e o ciclo Rankine foi fixado para operar entre a pressão mínima de 101,3 kPa (1atm) e 3 MPa. Considera-se que o fluido possui título igual a 0 e 1 na entrada da bomba e do condensador, respectivamente. Os demais parâmetros e condições de contorno da usina CSP estão indicados na Tab. 2. Como resultados da análise, obteve-se o desempenho de cada ORC, assim como uma equação que relaciona o trabalho líquido (energia elétrica gerada) vs. a área requerida para o coletor do campo solar. Foi evidenciado que este parâmetro é dependente da eficiência do ciclo Rankine, da eficiência do trocador de calor, da eficiência e fator de concentração do coletor solar, bem como da irradiância normal direta do local onde está instalada a usina CSP. O fluido refrigerante R11 se mostrou como o melhor fluido orgânico para operar a planta heliotérmica.