Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/36491
Title: Viability analysis of organic Rankine cycles for energy recover from residual heat from several Portuguese industries
Other Titles: Análise da viabilidade de ciclos de Rankine orgânicos para aproveitamento de calor residual em várias indústrias em Portugal
Author: Barbosa, Maria Francisca Pinheiro
Advisor: Costa, Vítor António Ferreira da
Silva, Fernando Neto da
Keywords: Organic rankine cycle
Waste heat
Industrial sectors
Portuguese industry
Viability analysis
Electrical energy
Defense Date: 29-Nov-2022
Abstract: The rapid growth of industrialization resulted in high energy requirements of about 35 % to 40 % by 2020 and 50 % of the total energy used in the industrial sector being usually discharged as waste heat. The reduction of the availability of fossil fuel reserves and the increasing concerns about environmental issues like global warming, air pollution and ozone depletion, have urged the governments to make decisions and to explore diverse technologies that contribute to the decrease of the energy dependence from non-renewables and to the increase of more environmentally-friendly alternative methods. Technologies able to obtain mechanical energy from waste heat need to be considered in order to reduce primary energy consumption and the pollutants emissions inherent to all industrial processes. In this thesis several portuguese industries were considered and systems based on the organic Rankine cycle studied to convert the industrial waste heat into electrical energy. Processes that emit relevant amounts of waste heat were the ones deserving special attention, having in mind that there are certain impositions and constrains associated with each one of the selected waste heat sources. The industries that were analysed in this thesis are the Cacia unit of The Navigator Company, the Esgueira industrial unit of Aleluia Cerâmicas, the yarn deying industry Facol in Vila Nova de Famalicão and Celulose da Beira Industrial (Celbi) in Figueira da Foz. All the modeling is elaborated for four case-studies, in a way that is not possible to associate the data used with the companies to which they concern. So, based on a preliminary analysis it is possible to determine that three out of the four case-studies are viable (apart from case-study 2) and that all the viable systems to implement operate with a conventional Rankine cycle. It is possible to anticipate that working fluids R1224yd(Z), R123 and n-Heptane are the ones selected for case-studies 1, 3 and 4, respectively. The net present value of the system is 528 €, 240,247 € and 584,868 € for case-studies 1, 3 and 4, respectively.
O rápido crescimento da industrialização resultou em elevados requisitos energéticos, que representaram cerca de 35 % a 40 % do consumo total de energia de Portugal em 2020, sendo que 50 % da energia total usada no setor industrial é geralmente perdida sob a forma de calor residual. A redução da disponibilidade de reservas de combustíveis fósseis e as crescentes preocupações em relação aos problemas ambientais, tais como o aquecimento global, a poluição do ar e a destruição da camada de ozono incitaram os governos a tomar decisões e a incentivar a exploração de diversas tecnologias que contribuem para o decréscimo da dependência energética de fontes não renováveis, e para a utilização crescente de alternativas mais amigas do ambiente. As tecnologias para conversão de calor residual em energia mecânica devem ser abordadas com especial interesse, de modo a reduzir o calor residual que é, de facto, rejeitado para o ambiente, e assim, reduzir o consumo de energia primária e as emissões poluentes associadas aos processos industriais. Na presente dissertação são avaliadas várias indústrias portuguesas e são estudados os sistemas baseados no ciclo de Rankine orgânico para converter parte do calor residual industrial em energia elétrica. Os processos que emitem quantidades relevantes de calor residual merecem especial atenção, tendo em consideração que há certas imposições e restrições associadas a cada uma das fontes de calor residual selecionadas. As indústrias analisadas nesta dissertação são a unidade de Cacia da The Navigator Company, a unidade industrial da Aleluia Cerâmicas em Esgueira, a tinturaria Facol em Vila Nova de Famalicão, e a Celulose da Beira Industrial (Celbi) na Figueira da Foz. Toda a modelação é feita para quatro casos de estudo, de modo a não ser possível a associação dos dados técnicos usados com as empresas a que dizem respeito. Assim, é possível com base numa análise preliminar determinar que três dos quatro casos de estudo são viáveis (exceto caso de estudo 2) e que os sistemas passíveis de ser implementados operam com o ciclo convencional de Rankine. É possível adiantar que os fluidos de trabalho R1224yd(Z), R123 e n-Heptane são os escolhidos para os casos de estudo 1, 3 e 4, respetivamente. Já o valor atualizado líquido do sistema é de 528 €, 240,246.70 € e 584,867.87 € para os case-studies 1, 3 e 4, respetivamente.
URI: http://hdl.handle.net/10773/36491
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEM - Dissertações de mestrado

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