Modelagem de uma turbina radial para o ciclo de Rankine orgânico pelo método da linha média

Abstract

Modelagem de uma turbina radial para o ciclo de Rankine orgânico pelo método da linha médiaA radial inflow turbine modeling for the organic Rankine cycle by the mean line method Resumo A procura por novas fontes de energia útil tem suscitado o uso de fontes de baixo potencial térmico, como solar, geotérmica e térmica residual dos processos industriais. Nesse contexto, o uso de sistemas de geração de energia elétrica operando segundo o ciclo Rankine orgânico é bastante recomendado atualmente. Os fluidos orgânicos se caracterizam por baixo ponto de ebulição a altas pressões, baixo volume específico e possibilitam o uso de sistemas compactos. Entretanto, o uso de fontes de baixo potencial térmico resulta em uma eficiência energética baixa, sendo dispositivo de expansão de bastante importância. O expansor escolhido para o ciclo compreende uma turbina radial. O objetivo do trabalho é realizar o projeto preliminar de uma turbina radial de baixa potência para sistemas térmicos operando segundo um ciclo Rankine orgânico através de modelagem matemática e computacional, utilizando o método da linha média e considerando-se modelos de perdas presentes na literatura e cinco fluidos através do método de otimização do enxame de partículas. O fluido com melhor desempenho é o R123. Palavras-chave: Ciclo Rankine orgânico. Turbina radial. Método da linha média. Modelagem matemática e Aplicações. AbstractThe search for new useful energy sources has been stimulating the use of low thermal sources as solar, geothermal and residual thermal from industry processes. Electrical generation from organic Rankine cycle is then recommended in this context. The organic fluids are characterized by their low boiling point at high pressure, low specific volume and they allow more compact systems. However, low thermal energy sources imply in lower overall thermal efficiency, what emphasizes the importance of the expansion device. The choice in this work was an inward flow radial (IFR) turbine. The objective of this work is to develop the preliminary design of a low power IFR turbine for an organic Rankine cycle through mathematical and computational modeling by the use of the mean line method and loss models of the literature, considering five different fluids and an optimization procedure called particle swarm. The fluid with the best performance was R123.Keywords: Organic Rankine cycle. Inward flow radial turbine. Mean line method. Mathematical modeling and applications.MANTEGAZZA, P.; CABEZAS-GÓMEZ, L.; MAGAZONI, F. C. Modelagem de uma turbina radial para o ciclo de Rankine orgânico pelo método da linha média.