[en] ENERGETIC, EXERGETIC AND ECONOMICAL MODELING OF A COMBINED CYCLE BASED ON A MICRO GAS TURBINE OPERATING WITH BIOGAS TO GENERATE ELECTRICITY AND HEATED WATER

[pt] MODELAGEM ENERGÉTICA, EXERGÉTICA E ECONÔMICA DE UM CICLO COMBINADO BASEADO EM UMA MICROTURBINA A GÁS OPERANDO COM BIOGÁS PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E ÁGUA AQUECIDA

[pt] PEDRO HENRIQUE DE ALCANTARA H SILVA

[pt] ANALISE EXERGETICA

[pt] RECUPERACAO DE CALOR RESIDUAL

[pt] MICROTURBINA A GAS

[pt] ANALISE TERMODINAMICA

[pt] CICLO BRAYTON

[pt] BIOGAS

[pt] ANALISE ECONOMICA

[en] EXERGETIC ANALISYS

[en] WASTE HEAT RECOVERY

[en] MICRO GAS TURBINE

[en] THERMODYNAMIC ANALYSIS

[en] BRAYTON CYCLE

[en] BIOGAS

[en] ECONOMIC ANALYSIS

[pt] Este estudo tem como objetivo analisar a possibilidade de implementar um projeto de cogeração de energia elétrica e água aquecida em propriedades rurais a partir da utilização de biogás como combustível. Utilizou-se como fonte de energia, um conjunto gerador baseado no ciclo Brayton em que, foi elaborado um estudo térmico e exergético, baseados na primeira e segunda lei da termodinâmica, na buscar de fontes de perda de energia e irreversibilidades. Foram criados três cenários de temperatura ambiente onde apresentaram-se dados quantitativos da eficiência elétrica, energética e exergetica, além das taxas de exergia destruída em cada um dos componentes e para o ciclo como um todo. Adicionalmente, desenvolveu-se um modelo econômico do projeto, onde foram considerados os custos associados a implementação e de operação da planta geradora como, biodigestor para produção de biogás, microturbina a gás, trocador de calor, materiais para obra civil, manutenções e compra de insumos. Como receita, considerou-se o valor que deixou de ser pago com a compra de energia da rede básica em BRL/kWh. Ao final do estudo foi possível comprovar que para temperaturas mais altas há uma perda da eficiência elétrica, térmica e exergética da turbina. E atestou-se que o aproveitamento do calor rejeitado pelos gases de descarga aumentou a eficiência do ciclo e reduziu a taxa global de destruição de exergia. Economicamente o projeto se mostrou viável, com VPL positivo e com taxa de retorno superior à taxa de desconto proposta.

[en] This study aims to analyze the possibility of implementation of a cogeneration system to produce electricity and heated water in rural properties using biogas as fuel. A generator based on the Brayton cycle was proposed as energy source, which a thermal and exergetic study, based on the first and second laws of thermodynamics was carried out, searching for sources of energy loss and irreversibility s. Three ambient temperature scenarios were created, where quantitative data of electrical, energy and energy efficiency were presented, as exergy rates destroyed in each component and for the whole cycle as well. Also, an economic model of the project was developed, which the costs associated with the implementation and operation of the plant were considered, such as biodigester for biogas production, micro gas turbine, heat exchanger, materials for civil works, maintenance and purchase of others materials. As revenue, it was considered the amount of energy that was not purchase from the basic grid in BRL/kWh. At the end of the study, it was possible to prove that in higher temperatures the electrical, thermal and exergetic efficiency are lower, when compared to lower temperatures. And it was attested that the use of rejected heat exchanger increased the efficiency of the cycle and reduced the overall rate of exergy destruction. Economically, the project proved to be viable, with a positive NPV and with a rate of return higher than the proposed discount rate.

JOSE ALBERTO DOS REIS PARISE

LEANDRO ANDRADE FURTADO

2021-07-09

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53621@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.53621