Projeto de experimento e otimização de payback simplificado para um Ciclo Rankine Orgânico (ORC)

Abstract

O trabalho analisa o menor período de payback para uma instalação de um sistema de ciclo Rankine orgânico. As influências dos principais componentes do sistema no período de payback foram modeladas, levando em conta o custo do gerador elétrico, dos trocadores de calor, do compressor e do expansor. Apresenta as influências de cada parâmetro operacional no custo total do sistema, através de uma comparação entre projetos de experimentos variando os seguintes parâmetros de controle a) eficiência da bomba, b) eficiência do expansor, c) pinch point da fonte quente e o evaporador, e d) a pressão de saída da bomba. A excursão da eficiência do expansor entre 0,3 até 0,8 leva a uma diminuição do custo total do sistema, mesmo com o aumento do custo deste componente, sendo este parâmetro determinante para a avaliação do período total de payback. O aumento do pinch point promove a redução da área do trocador em aproximadamente 40%, porém a minimização de seu custo não supera a perda de eficiência geral do sistema, aumentando o tempo de payback em 10%. O aumento da eficiência da bomba, de 0,5 para 0,8, mesmo sendo pouco efetivo, é positivo para a redução do tempo de payback, em torno de 4%. A pressão de saída da bomba apresenta um comportamento de inflexão na influência do custo do sistema, em 2497 kPa é encontrado o menor tempo de payback.

This paper analyze the shortest payback period for an installation of an organic Rankine cycle system. The influences of each component of the system in the payback period were modeled taken into account the cost of the generator, heat exchangers, compressor and expander. It presents the influences of each operational parameter on the total cost of the system, comparing design of experiments methods varying the follows parameters, being: pump efficiency, expander efficiency, pinch point of the temperature difference between hot source and the evaporator and outlet pressure of the pump. The variation of the expander efficiency of 0.3 to 0.8 leads to a decrease of the total cost of the system even with the increase of the cost of this component, being this parameter determinant for the evaluation of the total period of payback. The increase of pinch point promotes the reduction of the exchanger area by approximately 40%, but the minimization of its cost does not overcome the loss of general efficiency of the system, increasing payback time by 10%. The increase of a pump with greater efficiency, from 0.5 to 0.8, even though it is not very effective, it is positive the reduction of payback time, around 4%. The output pressure of the pump shows an inflection behavior in the system cost influence, in 2497 kPa is found the shortest payback time.