Modelamiento de un Ciclo Orgánico de Rankine Hibrido activado por paneles solares y el aprovechamiento de calor residual de una planta industrial

Paul Gustavo Palmay-Paredes, Paul Alejandro Montúfar-Paz, Mónica Lilián Andrade-Avalos

Resumen


El presente estudio tiene por objetivo el desarrollar un modelo de un Ciclo Orgánico de Rankine Híbrido activado por energía solar y mediante el aprovechamiento del calor residual proveniente de una operación industrial. Se realizó la modelación con colectores solares cilíndricos parabólicos que trabajan con un tanque de almacenamiento térmico (storage tank) en condiciones de estacionalidad, que alimenta al recuperador de calor, en conjunto con el flujo de gases de escape provenientes del proceso industrial.


Se estudió para que la producción máxima de electricidad la mayor explotación del calor residual disponible y un área de colectores de 600 m2. El ciclo orgánico de Rankine se modela considerándolo estable y estacionario, con una cámara de agua de alimentación abierta, usando el Engineering Equation Solver (EES) para el desarrollo del modelo termodinámico, comparando 5 fluidos de trabajo: Tolueno, Ciclohexano, n-Pentano, Isopentano y el octametiltrisiloxano (MDM), obteniendo una máxima producción de electricidad con Tolueno que alcanzó 79 kW y una eficiencia del 20.52%.


Palabras clave


Ciclo orgánico de Rankine; energía solar; calor residual; ciclos híbridos.

Texto completo:

PDF HTML XML

Referencias


lminshawy NAS, Siddiqui FR, Sultan GI. Desarrollo de un sistema de desalinización impulsado por energía solar y calor residual de baja calidad. Energy Convers Manag [Internet]. 2015; 103: 28–35. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2015.06.035

Ziółkowski P, Kowalczyk T, Kornet S, Badur J. Sobre la utilización de calor residual de bajo grado de una planta de energía de vapor supercrítica utilizando un ciclo de fondo ORC junto con dos fuentes de calor. Energy Convers Manag. 2017; 146: 158–73.

Bellos E, Tzivanidis C. Investigación de un ORC híbrido impulsado por el calor residual y la energía solar. Energy Convers Manag [Internet]. 2018; 156 (julio de 2017): 427–39. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.11.058

Martínez S, Michaux G, Salagnac P, Bouvier JL. Sistemas de calor y energía micro combinados (micro-CHP) basados en fuentes de energía renovables. Energy Convers Manag [Internet]. 2017; 154 (septiembre): 262–85. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2017.10.035

Galindo Noguera AL, Mendoza Castellanos LS, Silva Lora EE, Melian Cobas VR. Diseño óptimo de un sistema híbrido diesel-ORC / fotovoltaico utilizando PSO: Estudio de caso para la ciudad de Cujubim, Brasil. Energía. 2018; 142: 33–45.

Navas SJ, Rubio FR, Ollero P. Control óptimo de campos solares cilindroparabólicos con radiación parcial. IFAC-PapersOnLine [Internet]. 2017; 50 (1): 109–14. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.019

Salehi A, Mousavi SM, Fasihfar A, Ravanbakhsh M. Evaluaciones de energía, ejercicio y medio ambiente (3E) de una celda de combustible de carbonato fundido integrado (MCFC), motor Stirling y sistema de cogeneración del ciclo orgánico Rankine (ORC) alimentado por una biomasa gasificador de combustible. Int J Hydrogen Energy [Internet]. 2019; 44 (59): 31488–505. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.10.038

Vittorini D, Antonini A, Cipollone R, Carapellucci R, Villante C. Central de energía solar térmica ORC para micro cogeneración - Análisis de rendimiento y estrategia de control. Procedimiento Energético [Internet]. 2018; 148 (Ati): 774-81. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.08.133

Pereira JS, Ribeiro JB, Mendes R, Vaz GC, André JC. Sistemas de microcogeneración basados en ORC para aplicaciones residenciales: una revisión de vanguardia y desafíos actuales. Renovar Sustain Energy Rev [Internet]. 2018; 92 (marzo): 728–43. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.039

Tzivanidis C, Bellos E, Antonopoulos KA. Investigación energética y financiera de una planta de energía independiente de ciclo orgánico de Rankine con energía solar térmica. Energy Convers Manag [Internet]. 2016; 126: 421–33. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2016.08.033

Binotti M, Zhu G, Gray A, Manzolini G, Silva P. Análisis geométrico de los efectos tridimensionales de los colectores cilindroparabólicos. Sol Energy [Internet]. 2013; 88: 88–96. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2012.10.025

Karellas S, Leontaritis AD, Panousis G, Bellos E, Kakaras E. Análisis energético y ejercicio de los sistemas de recuperación de calor residual en la industria del cemento. Energía [Internet]. 2013; 58: 147–56. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2013.03.097

Arteconi A, Del Zotto L, Tascioni R, Cioccolanti L. Integración del sistema de modelado de una planta micro solar de ciclo Rankine orgánico en un edificio residencial. Appl Energy [Internet]. 2019; 251 (enero): 113408. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113408

Khalil KM, Mahmoud S, Al-Dadah RK, AL-Mousawi F. Análisis paramétrico de configuraciones de cuchillas para un expansor axial de nitrógeno a pequeña escala con ciclo híbrido abierto de Rankine. Energy Convers Manag [Internet]. 2017; 142: 82–94. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2017.03.018

Xu G, Song G, Zhu X, Gao W, Li H, Quan Y. Evaluación del rendimiento de un sistema ORC supercrítico de generación de vapor directo impulsado por un concentrador solar de reflector lineal Fresnel. Aplicación Therm Eng [Internet]. 2015; 80: 196–204. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.12.071

Kocijel L, Mrzljak V, Glažar V. El análisis numérico de los parámetros geométricos y de proceso influyen en la estratificación de la temperatura en un gran tanque volumétrico de almacenamiento de calor. Energía. 2020; 194.

Zhang Y, Deng S, Zhao L, Lin S, Ni J, Ma M, et al. Optimización y modelado a escala múltiple del sistema piloto de poligeneración impulsado por energía solar basado en el ciclo orgánico de Rankine. Appl Energy [Internet]. 2018; 222 (marzo): 396–409. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.03.118

Yue T, Lior N. Análisis termodinámico de ciclos híbridos de Rankine utilizando múltiples fuentes de calor de diferentes temperaturas. Appl Energy [Internet]. 2018; 222 (marzo): 564–83. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.04.002

Zameer H, Wang Y. Optimización del sistema de producción de energía: evidencia de Pakistán. Renovar Sustain Energy Rev [Internet]. 2018; 82 (marzo de 2016): 886–93. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2017.09.089

Mohammadi K, McGowan JG. Análisis termodinámico de ciclos híbridos basado en un ciclo regenerativo de vapor Rankine para cogeneración y trigeneración. Energy Convers Manag [Internet]. 2018; 158 (diciembre de 2017): 460–75. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.12.080

Tajik Mansouri M, Amidpour M, Ponce-Ortega JM. Integración óptima del ciclo orgánico de Rankine y los sistemas de desalinización con procesos industriales: nexo energía-agua-medio ambiente. Aplicación Therm Eng [Internet]. 2019; 158 (enero): 113740. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.113740

Aboelwafa O, Fateen SEK, Soliman A, Ismail IM. Una revisión sobre los ciclos solares de Rankine: fluidos de trabajo, aplicaciones y modificaciones de ciclos. Renew Sustain Energy Rev.2018; 82 (julio de 2017): 868–85.

Chacartegui R, Vigna L, Becerra JA, Verda V. Análisis de dos integraciones de almacenamiento de calor para una planta de energía solar parabólica de ciclo orgánico de Rankine. Energy Convers Manag [Internet]. 2016; 125: 353–67. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2016.03.067

Casartelli D, Binotti M, Silva P, Macchi E, Roccaro E, Passera T. Estrategias de control de diseño fuera de bloque de energía para ciclos de ORC solares indirectos. Procedimiento Energético [Internet]. 2015; 69: 1220–30. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2015.03.166

Cocco D, Cau G. Análisis energético y económico de la concentración de plantas de energía solar basadas en colectores parabólicos y colectores lineales de Fresnel. Proc Inst Mech Eng Parte A J Energía Energía. 2015; 229 (6): 677–88.




DOI: https://doi.org/10.23857/pc.v5i6.1472

Enlaces de Referencia

  • Por el momento, no existen enlaces de referencia
';

Bookmark and Share




Polo del Conocimiento              

Revista Científico-Académica Multidisciplinaria

ISSN: 2550-682X

Casa Editora del Polo                                                 

Manta - Ecuador       

Dirección: Ciudadela El Palmar, II Etapa,  Manta - Manabí - Ecuador.

Código Postal: 130801

Teléfonos: 056051775/0991871420

Email: polodelconocimientorevista@gmail.com / director@polodelconocimiento.com

URL: https://www.polodelconocimiento.com/