Modelagem e simulação de um sistema de cogeração solar de baixa temperatura utilizando rankine orgânico e comparação com geração fotovoltaica

Abstract

Diante dos desafios climáticos da atualidade, o mundo necessita reduzir as emissões e poluição ambientais de forma urgente e duradoura. Neste contexto, a matriz energética global, por fatores econômicos e de crescimento populacional, apresenta uma demanda crescente. Uma das principais fontes energéticas, os combustíveis fósseis, são uma das principais fontes de emissões causadoras de desequilíbrios ambientais. Portanto, o desenvolvimento de soluções ambientalmente sustentáveis de produção de energia são cada vez mais necessárias. Neste âmago, a exploração da matriz energética solar se apresenta com enorme potencial e disponibilidade ao atendimento desses desafios de forma sustentável. De fato, dentre todas as fontes sustentáveis de energia, a solar possui a maior disponibilidade e potencial de exploração. Neste sentido, foi modelado e simulado um sistema de cogeração de energia elétrica e térmica, baseado no ciclo Rankine orgânico operando com amônia, alimentado por fonte térmica solar de baixa temperatura. O modelo foi desenvolvido para atender uma potência nominal de 1 kW e realizado estudo com dados da cidade do Recife-PE. A seleção do fluido de trabalho considerou critérios técnicos e ambientais. Foram investigados 5 coletores solares planos de características diversas, com comparativos de desempenho. Foi proposto e simulado um processo de otimização geométrica de um dos coletores solares comerciais estudados, obtendo melhoria de eficiência do equipamento, com acréscimo de 5,32% na eficiência global. Foram comparados os resultados de produção de energia elétrica com um sistema fotovoltaico de capacidade semelhante, de forma qualitativa. No sistema de cogeração SORC-DWH simulado foi obtida uma eficiência global de 19,34%, gerando 3.174 kWh/ano, suficiente para atender 60% do consumo elétrico de duas residências consideradas de 220 kWh/mês cada.