Modelo termodinâmico para avaliação das perdas de desempenho em expansores do tipo scroll

Abstract

A possibilidade de esgotamento dos combustíveis fósseis assim como o aumento do consumo de energia global associado a um senso de urgência cada vez maior em conter as mudanças climáticas têm promovido um grande interesse em pesquisa e desenvolvimento no setor energético. O Ciclo Rankine Orgânico (ORC) é visto como uma das tecnologias mais promissoras para recuperação de calor de fontes de baixa temperatura, onde a eficiência isentrópica do expansor desempenha um papel fundamental. Estudos anteriores demonstraram que simulações numéricas de um expansor scroll por CFD são demasiadamente demoradas. Mesmo com processadores e computadores atuais são necessárias 8 horas para uma simulação 2D e 140 horas para uma 3D. Utilizando métodos numéricos, foi elaborado neste trabalho um modelo determinístico baseado em uma solução transiente das equações de conservação de massa e energia para um expansor scroll utilizando linguagem de programação C# em conjunto com a biblioteca Coolprop de propriedades termodinâmicas. O modelo desenvolvido fornece resultados compatíveis com as medições experimentais realizadas utilizando um protótipo construído pelo grupo de pesquisa e considerando efeitos físicos como vazamentos internos, sub-expansão, sobre-expansão e fatores mecânicos que provocam perda de eficiência isentrópica. O modelo desenvolvido fornece resultados similares aos obtidos através do CFD, a saber: potência fornecida, eficiência isentrópica, fator de preenchimento, vazão em massa através dos vazamentos, de forma muito mais rápida. Por fim, o trabalho também apresenta a validação do modelo através da comparação com resultados experimentais da literatura. Palavras-chave: Expansor scroll. modelo determinístico. simulador scroll. ORC. eficiência isentrópica

Simulação transiente de um expansor scroll utilizando modelo termodinâmico e linguagem de programação

“…trabalho foram: adicionar a influência dos efeitos dos vazamentos radiais, da perda de carga na admissão e da transferência de calor no modelo termodinâmico de expansor do tipo scroll desenvolvido previamente porMaiochi (2019) e verificar o funcionamento do expansor através da simulação numérica do novo modelo desenvolvido. Este modelo se mostrou capaz de descrever o comportamento do expansor, considerando as diferentes irreversibilidades, tanto para aplicações com ar comprimido (CAES, Armazenamento de Energia em Ar Comprimido) quanto para aplicações com fluidos orgânicos (ORC, Ciclo Orgânico de Rankine).…”

“…apresentou uma estratégia para simulações CFD transientes 2D e 3D do expansor scroll, que foi utilizada por Oliveira (2017) para a avaliação dos vazamentos internos do expansor scroll. Bellé (2018) realizou a análise de um novo protótipo aplicado em ORC, considerando como fluido de trabalho o R245fa, razão volumétrica de 3,5 e potência de 1,5 kW Maiochi (2019). desenvolveu um modelo termodinâmico determinístico do protótipo de expansor scroll, baseado em uma solução transiente das equações de conservação de massa e energia utilizando linguagem de programação C# em conjunto com a biblioteca Coolprop de propriedades termodinâmicas.…”