Author(s): Leandro, Ana Catarina Cardoso
Date: 2016
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/10654
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Energia; Turbina; Torre de arrefecimento; Aerocondensador; Energy; Turbine; Cooling tower; Aerocondenser
A acumulação de resíduos no meio ambiente é cada vez mais alvo de preocupação, dada a poluição que acarreta. Sendo a transformação destes resíduos uma forma de acrescentar valor aos mesmos, torna-se cada vez mais importante investir nesta alternativa sustentável. Neste contexto, e devido à grande acumulação de resíduos de couro no aterro, na região de Felgueiras, foi proposto um projeto que permitisse o escoamento desses resíduos devido a este não apresentar mais capacidade de armazenamento. Posto isto, surgiu então o tema para esta tese, denominado “Projeto de um sistema de produção de energia a partir de vapor e a avaliação do melhor processo para condensação”, em que o princípio de produção de energia se baseia na produção de vapor gerada pela incineração do couro. Ao longo deste documento foram descritos o ciclo de vapor, mais propriamente o ciclo de Rankine, as torres de arrefecimento, utilizadas no âmbito do sistema de condensação (condensador-torre de arrefecimento) e os aerocondensadores. Adicionalmente, foram realizadas breves referências à temperatura de bolbo húmido. Esta análise pretende integrar melhor os conceitos e o funcionamento de todos os equipamentos no sentido de atingir os objetivos desta tese. De uma forma geral, os objetivos desta tese consistem no projeto de um sistema de produção de energia a partir do vapor e na avaliação do melhor processo de condensação do vapor. Tendo sido realizada a projeção do sistema de produção de energia e pelo contacto efetuado com a empresa Siemens a turbina selecionada foi a SST-110 que apresenta um trabalho de aproximadamente 900kW. O investimento realizado para este equipamento tem o valor de 895.000,00 €. Para o processo de condensação foram estudadas duas tecnologias, condensador-torre de arrefecimento e aerocondensador. A tecnologia que apresentou um melhor custo/benefício foi o sistema condensador-torre de arrefecimento, apresentando um investimento tecnológico de 226.318,20 € e um gasto energético anual de 6.737,02 €, enquanto que para o aerocondensador o valor do investimento seria de 100.000,00€ e um gasto energético anual de 33.685,10 €. Conclui-se assim que o modelo da turbina utilizada para as condições de entrada (45 bar e 450ºC) e saída (0,1 bar e 45,83ºC) será a SST-110 e que o melhor sistema de condensação a utilizar, avaliando todos os parâmetros económicos, será a torre de arrefecimento.
The deposition of waste in the environment, and subsequent pollution, is a growing concern. Considering that the transformation of residues can be a way of adding value to end-of-life materials, it is of the utmost importance to invest in this sustainable alternative. In this context, and due to large accumulation of leather waste in the landfill, located in the region of Felgueiras, this project was proposed with the aim of removing the waste from this overflowing repository of toxic waste. This problem generated the subject for this thesis entitled "Project of an energy production system from steam and the evaluation of the best condensation process" in which the power generation principle is based on the generated steam production by incinerating leather. In this document the steam cycle is described, more specifically the Rankine cycle. Cooling towers are also subject of analysis, regarding that they are part of the condensation system (condenser-cooling tower). Furthermore, aerocondensers are described and brief references are made about wet-bulb temperature. This description aims to acknowledge specific aspects of each of the equipments clarifying their performance and, by doing so, meeting the general objective of this thesis. The general goals of this thesis are: designing an energy production system from steam, and evaluating the best steam condensation process. Having designed the project for the energy production system, Siemens enterprise was contacted and the steam turbine was selected. With all parameters considered, the steam turbine selected was SST-110. This equipment has approximately 900kW of power output and a cost of 895.000,00€. Two options were assessed for the condensation process, a system comprising a condenser-cooling tower, and an aerocondenser. Regarding the economic feasibility of this process, the main conclusion was that the system condenser-cooling tower had the best cost-efficiency. The investment in this technology is 226.318,20 € with an annual energy cost of 6.737,02 €, as for the aerocondenser, the price of this equipment was fixated in 100.000,00€ and the annual energy cost was estimated to be around 33.685,10 €. In sum, the best suited steam turbine for the inlet conditions (45bar and 450ºC) and outlet conditions (0,1 bar and 45,83ºC) is SST-110. In addition, taking into account the economic feasibility, the best suited condensation system is the cooling tower.
