Análisis termodinámico de un sistema geotérmico integrado para la generación de energía eléctrica y producción de hidrógeno
| dc.contributor.author | Alvarez Perez, Rudy Alexis | |
| dc.date.accessioned | 2026-07-09T16:58:03Z | |
| dc.date.available | 2026-07-09T16:58:03Z | |
| dc.date.issued | 2026-07-09 | |
| dc.description | Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Território da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Energia. | |
| dc.description.abstract | O presente Trabalho de Conclusão de Curso analisa termodinamicamente um sistema geotérmico integrado para a produção de eletricidade e hidrogênio, composto por um subsistema geotérmico de estágio único flash, um ciclo ORC que utiliza butano como fluido de trabalho e um eletrolisador de membrana de troca de prótons PEM. O modelo foi desenvolvido em Python a partir de balanços de massa e energia; as propriedades termodinâmicas foram obtidas por meio do CoolProp, considerando um recurso geotérmico de 453,15 K, 1.200 kPa e 1 kg/s. No subsistema flash, foram avaliadas pressões de separação de 300, 400, 500 e 700 kPa, com o propósito de analisar seu efeito sobre a qualidade do vapor, a vazão mássica separada, a potência da turbina e a energia térmica remanescente na corrente líquida geotérmica separada. Posteriormente, para cada condição de operação do flash, estudou-se o ciclo ORC variando a pressão alta de operação entre 1.600 e 2.600 kPa, considerando o aproveitamento térmico da corrente geotérmica separada. Os resultados demonstram que o aumento da pressão flash reduz a qualidade do vapor e a potência da turbina a vapor, que diminui de 28,99 kW para 13,64 kW. No entanto, esse aumento eleva a temperatura da vazão líquida separada disponível para a recuperação térmica no ORC. A maior potência líquida do sistema flash + ORC foi obtida a 700 kPa de pressão flash e 1.800 kPa de pressão de operação do ORC, gerando uma potência de 58,81 kW e uma eficiência elétrica global de 8,66%. A partir dessa potência disponível, projetou-se o eletrolisador PEM para operar com a energia gerada pelo sistema flash + ORC, obtendo-se uma produção de hidrogênio de 0,2219 kg/h em condição nominal e de 0,5545 kg/h quando se aproveita toda a potência disponível. Os resultados indicam que a integração Flash + ORC + PEM melhora o aproveitamento energético do recurso geotérmico, combinando geração elétrica direta, recuperação de calor residual e produção de hidrogênio como vetor energético. Resumen El presente trabajo de conclusión de curso analiza termodinámicamente un sistema geotérmico integrado para la producción de electricidad e hidrógeno, compuesto por un subsistema geotérmico de única etapa flash, un ciclo ORC que utiliza butano como fluido de trabajo y un electrolizador de membrana de intercambio protónico PEM. El modelo fue desarrollado en Python a partir de balances de masa y energía; las propiedades termodinámicas se obtuvieron mediante CoolProp, considerando un recurso geotérmico de 453,15 K, 1,200 kPa y 1 kg/s. En el subsistema flash se evaluaron presiones de separación de 300, 400, 500, 700 kPa, con el propósito de analizar su efecto sobre la calidad de vapor, el flujo másico separado, la potencia de la turbina y la energía térmica remanente en la corriente líquida geotérmica separada. Posteriormente, para cada condición de operación del flash, se estudió el ciclo ORC variando la presión alta de operación entre 1,600 y 2,600 kPa, considerando el aprovechamiento térmico de la corriente geotérmica separada. Los resultados demuestran que el aumento de la presión flash reduce la calidad del vapor y la potencia de la turbina de vapor, que disminuye de 28.99 kW a 13.64 kW, no obstante, incrementa la temperatura del caudal líquida separada disponible para la recuperación térmica en el ORC, la mayor potencia neta del sistema flash + ORC se obtuvo a 700 kPa de presión flash y 1800 kPa de presión de operación del ORC, que genera una potencia de 58,81 kW y una eficiencia eléctrica global de 8,66 %. A partir de esta potencia disponible, se proyectó el electrolizador PEM para operar con la energía generada por el sistema flash + ORC, obteniéndose una producción de hidrógeno de 0,2219 kg/h en condición nominal y de 0,5545 kg/h cuando se aprovecha toda la potencia disponible. Los resultados indican que la integración Flash + ORC + PEM mejora el aprovechamiento energético del recurso geotérmico, combinando generación eléctrica directa, recuperación de calor residual y producción de hidrógeno como vector energético. | |
| dc.identifier.uri | https://dspace.unila.edu.br/handle/123456789/9863 | |
| dc.language.iso | es | |
| dc.rights | openAccess | |
| dc.subject | energia geotérmica | |
| dc.subject | butano | |
| dc.subject | hidrogênio | |
| dc.subject | termodinâmica | |
| dc.title | Análisis termodinámico de un sistema geotérmico integrado para la generación de energía eléctrica y producción de hidrógeno | |
| dcterms.abstract | This undergraduate thesis performs a thermodynamic analysis of an integrated geothermal system for electricity and hydrogen production, which consists of a single-flash geothermal subsystem, an Organic Rankine Cycle (ORC) utilizing butane as the working fluid, and a proton-exchange membrane (PEM) electrolyzer. The model was developed in Python based on mass and energy balances, and the thermodynamic properties were obtained using CoolProp, considering a geothermal resource at 453.15 K, 1,200 kPa, and 1 kg/s. In the flash subsystem, separation pressures of 300, 400, 500, and 700 kPa were evaluated to analyze their effect on steam quality, separated mass flow rate, turbine power, and the remaining thermal energy in the separated geothermal liquid stream. Subsequently, for each flash operating condition, the ORC cycle was studied by varying the high operating pressure between 1,600 and 2,600 kPa, considering the thermal utilization of the separated geothermal liquid stream.The results demonstrate that increasing the flash pressure reduces both the steam quality and the steam turbine power, which decreases from 28.99kW to 13.64 kW; however, it increases the temperature of the separated liquid stream flow available for thermal recovery in the ORC. The highest net power of the integrated Flash + ORC system was achieved at a flash pressure of $700 kPa and an ORC operating pressure of 1,800kPa, generating 58.81 kW with an overall electrical efficiency of 8.66%. Based on this available power, the PEM electrolyzer was projected to operate with the energy generated by the Flash + ORC system, yielding a hydrogen production of 0.2219 kg/s under nominal conditions and 0.5545 kg/h when the total available power is utilized. The results indicate that the Flash+ ORC+PEM integration improves the energetic utilization of the geothermal resource by combining direct power generation, waste heat recovery, and hydrogen production as an energy carrier. |
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