Caracterização do funcionamento de uma máquina térmica de Rankine para aplicações de Microcogeração

Abstract

This thesis is developed to characterize the operation of a thermal Rankine engine for micro-cogeneration applications. Obtaining the thermal and electrical efficiency of the cogeneration unit and system efficiency are the main objectives, in which the improvement of it's performance is implicit, either globally or component to component. In the beginning it was made a bibliographic research on micro-cogeneration applications regulated by the Rankine cycle in order to know the main operating characteristics, as well as discuss the selection of the fluid used in the tests, wich lead to the study of the organic Rankine cycle. With the theoretical analysis finished i proceeded to study the existing system. Some changes were made with the main one being on the cooling chamber surrounding the burner. It was followed by the replacement of the pump and also the change of certain branches of the pipeline, being the last the exchange of a damaged O-ring in the turbine. Completed this phase proceed to the tests for the characterization of the system that have been divided into four different phases where the following parameters were varied: the pump rotation power of the burner, water flow and rotation of the turbine. The fluid used to carry out the tests is the organic fluid R245fa. In each phase three operating points are obtained. From these operating points was made the characterization of the system with further discussion of the results, with the final goals being accomplished.

A tese desenvolvida tem por objectivo a caracterização do funcionamento de uma máquina térmica de Rankine para aplicações de microcogeração. A obtenção da eficiência térmica e eléctrica da unidade e da eficiência do sistema de cogeração na sua globalidade são os principais objectivos, nos quais se encontra implícito o melhoramento da sua performance, quer a nível global, quer componente a componente. No princípio foi feita uma pesquisa bibliográfica sobre aplicações de microcogeração que usam o ciclo de Rankine com o propósito de saber as principais características de funcionamento, assim como discutir a selecção do fluido a utilizar nos ensaios, levando ao estudo do ciclo orgânico de Rankine. Feita a análise teórica prosseguiu-se para o estudo do sistema existente. Neste foram feitas algumas alterações sendo a principal a alteração à câmara de arrefecimento que envolve o queimador. Seguiu-se a substituição da bomba e depois a alteração de certos ramais da tubagem, sendo a última a troca de um o-ring danificado na turbina. Concluída esta fase, passou-se aos testes para a caracterização do sistema tendo sido estes divididos em quatro fases onde são variados os seguintes parâmetros: rotação da bomba, potência do queimador, caudal de água e rotação da turbina. O fluido utilizado na realização dos ensaios é o fluido orgânico R245fa. De cada fase saem três pontos de funcionamento. A partir destes pontos de funcionamento fez-se a caracterização do sistema com posterior discussão dos resultados, tendo sido os objectivos cumpridos.