Recuperação de Calor Residual em Motores Diesel GE 7FDL com Foco em Eficiência Energética de Locomotivas Utilizando Ciclo Rankine Orgânico (ORC)
Nome: RONDINELLI DOS SANTOS JUVENCIO
Tipo: Dissertação de mestrado profissional
Data de publicação: 24/03/2023
Orientador:
Nome |
Papel |
|---|---|
| CARLA CESAR MARTINS CUNHA | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
|---|---|
| ALEXANDRE PERSUHN MORAWSKI | Examinador Externo |
| CARLA CESAR MARTINS CUNHA | Orientador |
| EDNILSON SILVA FELIPE | Examinador Interno |
| JOSÉ CARLOS ESCOBAR PALACIO | Examinador Externo |
| JOSÉ JOAQUIM CONCEIÇÃO SOARES SANTOS | Coorientador |
Resumo: O crescimento contínuo do consumo de energia e suas consequências em termos de impacto ambiental é realidade em países desenvolvidos e em desenvolvimento e estarão entre os principais desafios discutidos nos próximos anos. Nas ferrovias, o consumo de combustível compõe a maior parte dos custos operacionais. Assim, toda oportunidade de redução, e a consequente economia gerada, deve ser analisada de forma detalhada. Além disso, em resposta a uma sociedade cada vez mais preocupada com os impactos causados pela exploração e utilização de combustíveis fósseis, as empresas têm buscado soluções para melhor gerir suas fontes de energia e potencializar seus usos. Deste modo, a recuperação do calor residual dos motores de combustão interna (MCI) de locomotivas para gerar eletricidade, visando reduzir o consumo de combustível, diminuindo a emissão de gases nocivos, pode tornar-se muito atrativa se implantada de maneira adequada. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi verificar a viabilidade da recuperação do calor residual do MCI de uma locomotiva modelo Dash-9, equipada com motor 7FDL da General Electric (GE), através de um ciclo Rankine orgânico (ORC) para reduzir o consumo de diesel. O estudo feito por meio de simulações, realizadas no Engineering Equation Solver (EES), constatou a capacidade de gerar energia elétrica em quantidade suficiente para compor a necessidade do sistema de tração elétrica da locomotiva. Os resultados apontam também a viabilidade técnica para a implantação do ORC, com recuperação de calor rejeitado pelos sistemas de resfriamento e de gases de exaustão do MCI. Verificou-se que um ORC com arranjo simples, empregando a água do sistema de resfriamento como fonte de calor e utilizando o fluido R134a, é capaz de prover uma economia de combustível que pode chegar a 9,16%. Considerando-se o mesmo tipo de arranjo ORC simples, mas utilizando-se do calor dos gases de exaustão do MCI com o fluido R245fa, obteve-se 136,9 kW de potência mecânica e um custo específico de US$ 6.599,00 por kW gerado. Já o arranjo ORC com pré-aquecimento, usando o fluido R245fa, também apresentou os melhores resultados, não só para potência, disponibilizando 288,6 kW, como também para o custo específico, de US$ 1.881,00 por kW gerado. Em relação à viabilidade econômica do projeto em função da redução do consumo de diesel, esta última configuração, que conduziu a resultados mais atrativos, o equivalente a 3,24% para a taxa interna de retorno e tempo de retorno do capital investido de 20,2 anos. Mesmo após uma análise de sensibilidade da
viabilidade econômica do projeto frente ao preço do diesel e do valor do câmbio do Dólar, nas condições atuais de custos dos equipamentos, nenhum dos arranjos ORC estudados apresentou resultados aderentes aos indicadores adotados para novos projetos na VLI, a saber, taxa mínima de atratividade de 17% e tempo de retorno de investimento inferior a 5 anos.
