Sistema de transferência de energia baseado em óleo térmico - Aplicação a dispositivos de mini-cogeração

Abstract

This work is part of a mini-cogeneration project. The main objective is to transform part of the thermal energy of the combustion gases from biomass burning into electric energy through an organic Rankine cycle. The project consists of an intermediate thermal oil system that carries up to 180 kW of thermal power from the combustion gases to the working fluid of the organic Rankine cycle.In a first phase, a bibliographical research was done on the different thermal energy transfer system and main operating characteristics, focusing attention on thermal oil systems.The next phases of this project began with the selection of the thermal oil whose physical properties were against the design constraints, the design of the carbon steel and stainless steel piping, connecting elements and determination of the overall system losses were followed. With these elements, it was possible to select the oil circulation pump, set the required oil volume, size the expansion vessel and the collection tank. The last step was the dimensioning of the thermal insulation in order to minimize the changes with the environment.The whole system was designed in CAD using 3D SolidWorks software. The architecture of the oil system and organic Rankine cycle was designed with the aim of building a single machine that can be coupled to any type of boiler or smoke pipe.....................................................................................................................................................

Este trabalho encontra-se englobado num projeto de mini-cogeração. O objetivo fulcral encontra-se em transformar parte da energia térmica dos gases de combustão da queima de biomassa em energia elétrica através de um ciclo de Rankine orgânico. O projeto consiste num sistema intermédio a óleo térmico que faz o transporte até 180 kW de potência térmica dos gases de combustão até ao fluido de trabalho do ciclo de Rankine orgânico.Numa primeira fase foi feita uma pesquisa bibliográfica sobre os diferentes sistemas de transferência de energia térmica e principais características de funcionamento, centrando a atenção nos sistemas a óleo térmico. As fases seguintes deste projeto começaram com a seleção do óleo térmico cujas propriedades físicas fossem de encontro às limitações do projeto. Seguiu-se o dimensionamento da tubagem em aço carbono e aço inoxidável, a seleção dos elementos de ligação e a determinação das perdas de carga globais do sistema. Com estes elementos, foi possível selecionar a bomba de circulação de óleo, definir o volume de óleo necessário, dimensionar o vaso de expansão e o reservatório de recolha. O último passo foi o dimensionamento do isolamento térmico por via a minimizar as trocas com o ambiente. Todo este sistema foi desenhado em CAD com recurso ao software 3D SolidWorks. A arquitetura do sistema de óleo e do ciclo de Rankine orgânico foi pensada tendo como objetivo a construção de uma única máquina que possa ser acoplada a qualquer tipo de caldeira ou tubo de fumos.