Resultados exergéticos, exergoeconômicos e exergoambientais de uma planta de cogeração com microturbina a gás integrada a uma unidade de destilação com múltiplos efeitos

The distribution of drinking water is one of the most problems social of humanity, mainly due to scarcity of fresh water in some regions of the world. Hence, desalination has gained more significance, because it is an attractive solution owing to the large volume of seawater. In recent years, tec...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Santos, Erick Breno Azevedo dos
Outros Autores: Cavalcanti, Eduardo José Cidade
Formato: Dissertação
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Engenharia Mecânica
Exergia
Termoeconomia
Dessalinização
Método SPECO
Aproveitamento energético
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57153
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Santos, Erick Breno Azevedo dos
Resultados exergéticos, exergoeconômicos e exergoambientais de uma planta de cogeração com microturbina a gás integrada a uma unidade de destilação com múltiplos efeitos
description The distribution of drinking water is one of the most problems social of humanity, mainly due to scarcity of fresh water in some regions of the world. Hence, desalination has gained more significance, because it is an attractive solution owing to the large volume of seawater. In recent years, technological advances in cogeneration have provided significant improvements in thermal desalination. Nevertheless, the production of desalinated water still has a high operating cost for most countries. Thus, increasing the efficiency of the system components and reducing the costs associated with each one of them become fundamental parts for the improvement of the process. Therefore, this work presents the modeling and evaluation of a 30kW gas microturbine power plant integrated into a multi-effect distillation unit with thermal vapor compression (MED-TVC). The energetic, exergetic, exergoeconomic and exergoenvironmental analyses of the plant were developed by the SPECO method. The plant has presented a production of 29.69 m3/day of desalinated water for 0.04033 kg/s of motive steam, resulting in Gain Output Ratio (GOR) of 8.52. In addition, the exergetic efficiency increased from 13.84% to 23.39% with the use of cogeneration. The exergy destroyed in the desalination unit represented only 18% of the total. The average cost per exergy unit of electricity was 94.73 US$/GJ and the cost of desalinated water produced was 5.6 US$/m3. The exergoeconomic analysis indicated that investments in improvements in generator, effect 1 and regenerator efficiency are fundamental for the economic optimization of the plant. The specific environmental impact of electricity was 13892 mPt/GJ, while that of desalinated water was 14645 mPt/GJ. The environmental results showed that improvements in the regenerator, effect 1, HRSG and generator are crucial for the plant's best environmental performance.
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Hence, desalination has gained more significance, because it is an attractive solution owing to the large volume of seawater. In recent years, technological advances in cogeneration have provided significant improvements in thermal desalination. Nevertheless, the production of desalinated water still has a high operating cost for most countries. Thus, increasing the efficiency of the system components and reducing the costs associated with each one of them become fundamental parts for the improvement of the process. Therefore, this work presents the modeling and evaluation of a 30kW gas microturbine power plant integrated into a multi-effect distillation unit with thermal vapor compression (MED-TVC). The energetic, exergetic, exergoeconomic and exergoenvironmental analyses of the plant were developed by the SPECO method. The plant has presented a production of 29.69 m3/day of desalinated water for 0.04033 kg/s of motive steam, resulting in Gain Output Ratio (GOR) of 8.52. In addition, the exergetic efficiency increased from 13.84% to 23.39% with the use of cogeneration. The exergy destroyed in the desalination unit represented only 18% of the total. The average cost per exergy unit of electricity was 94.73 US$/GJ and the cost of desalinated water produced was 5.6 US$/m3. The exergoeconomic analysis indicated that investments in improvements in generator, effect 1 and regenerator efficiency are fundamental for the economic optimization of the plant. The specific environmental impact of electricity was 13892 mPt/GJ, while that of desalinated water was 14645 mPt/GJ. The environmental results showed that improvements in the regenerator, effect 1, HRSG and generator are crucial for the plant's best environmental performance. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq A distribuição de água potável é um dos problemas sociais da humanidade, principalmente devido à sua escassez em algumas regiões do mundo. Dessa forma, a dessalinização tem ganhado importância, pois é uma solução atraente pelo amplo volume de água salgada nos mares. Nos últimos anos, os avanços tecnológicos da cogeração proporcionaram melhorias significativas na dessalinização térmica. Entretanto, a produção de água dessalinizada ainda apresenta um alto custo de operação para a maioria dos países. Assim, o aumento da eficiência dos componentes do sistema e a diminuição dos custos associados a cada um deles se tornam peças fundamentais para o aprimoramento do processo. Diante disso, este trabalho apresenta a modelagem e a avaliação de um ciclo de potência a gás com microturbina de 30kW de potência nominal integrado a uma unidade de dessalinização térmica com múltiplos efeitos e termocompressor de vapor (MEDTVC). Foram desenvolvidas a análise energética, exergética, exergoeconômica e exergoambiental da planta utilizando o método SPECO. A planta apresentou a produção de 29,69 m3/dia de água dessalinizada para 0,04033 kg/s de vapor motriz, tendo como resultado a Razão de Ganho de Saída (GOR) de 8,52. Além disso, a eficiência exergética aumentou de 13,84% para 23,39% com a utilização da cogeração. A exergia destruída na unidade de dessalinização representou apenas 18% do total. O custo médio por unidade de exergia da eletricidade foi de 94,73 US$/GJ e o custo da água dessalinizada produzida foi de 5,6 US$/m3. A análise exergoeconômica indicou que investimentos em melhorias na eficiência do gerador, efeito 1 (evaporador) e regenerador são fundamentais para a otimização econômica da planta. O impacto ambiental específico da eletricidade foi de 13892 mPt/GJ, enquanto o da água dessalinizada foi de 14645 mPt/GJ. Os resultados ambientais mostraram que melhorias no regenerador, efeito 1, HRSG e gerador são cruciais para o melhor desempenho ambiental da planta. 2024-01-03T20:09:13Z 2024-01-03T20:09:13Z 2023-10-30 masterThesis SANTOS, Erick Breno Azevedo dos. Resultados exergéticos, exergoeconômicos e exergoambientais de uma planta de cogeração com microturbina a gás integrada a uma unidade de destilação com múltiplos efeitos. Orientador: Dr. Eduardo José Cidade Cavalcanti. 2023. 112f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57153 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

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