Estudo da aplicação do ciclo de Kalina a sistemas de micro-geração utilizando fontes térmicas de baixa temperatura

摘要

O presente trabalho estuda a possibilidade de se adaptar o ciclo termodinâmico de Kalina a sistemas de micro co-geração, utilizando fontes térmicas de baixa temperatura. Os ciclos estudados têm configurações tecnológicas iguais às do ciclo termodinâmico de Rankine, tendo sido considerado um ciclo com regenerador e outro sem regenerador. Foi também estudado o comportamento do ciclo de Rankine, nas mesmas condições, para fins comparativos com o ciclo de Kalina. Os fluidos usados nos ciclos foram água e R123 para os casos de Rankine, e uma mistura amónia-água para o caso de Kalina sendo que neste foram tidas em conta diferentes concentrações de amónia na mistura. Os ciclos referidos foram analisadas usando uma fonte quente à temperatura de 150 ºC e outra à temperatura 200 ºC, ambas modelam gases de escape de uma caldeira. Qualquer uma das aplicações rejeita calor para uma fonte fria modelada como água a 10 ºC. A metodologia de cálculo está dividida em dois passos principais: o primeiro analisa o comportamento do ciclo em termos de rendimento térmico e de potência produzida na turbina, o segundo estuda o modo como os diferentes ciclos aproveitam a energia das fontes quentes e da fonte fria. As principais conclusões mostram que os ciclos de Kalina podem produzir mais potência que os ciclos de Rankine, pelo facto de aproveitarem melhor as características da fonte quente, arrefecendo-a até temperaturas mais baixas. Mostra-se que o ciclo de Kalina é também o melhor no que respeita ao aquecimento da fonte fria e apresenta, na maioria dos casos, um rendimento térmico melhor.Faz ainda parte deste trabalho um estudo de primeira aproximação ao modo como se devem estudar as propriedades termodinâmicas de uma mistura, desde o modo como se manipulam as equações de estado, passando pelo cálculo de temperaturas de início e fim de mudança de fase (temperaturas de bolha e orvalho), até à definição de propriedades termodinâmicas como entalpia e entropia.