Development of a SAFT-γ Mie group-contribution approach to modelling working fluids and its application in the computer-aided molecular and process design of ORCs

Abstract

Los ciclos de Rankine orgánicos (Organic Rankine Cycles, ORCs) se presentan como una buena alternativa para recuperar el calor residual. De entre los fluidos de trabajo posibles, los hidrofluorocarbonos (HFCs) destacan por su potencial para aumentar el rendimiento de estos ciclos. Dentro del método SAFT-γ Mie, se han desarrollado los grupos funcionales pertenecientes a los HFCs, obteniendo una estimación de la presión de vapor y de la densidad de líquido saturado con una desviación media absoluta, respecto a los datos experimentales, de 3,17% y 1,77%, respectivamente. Por último, una vez desarrollado el modelo termodinámico con la ecuación SAFT-γ Mie y analizadas las propiedades de transporte, se propone un marco para el diseño molecular y de proceso asistido por ordenador (Computer-Aided Molecular and Process Design, CAMPD), con el objetivo de maximizar la potencia obtenida con el ciclo, modificando para ello tanto el fluido de trabajo como las condiciones de operación.

Organic Rankine Cycles (ORCs) are known to be a good alternative for the recovery pf waste heat. Among the wide variety of working fluids, refrigerants, in particular fluorinated hydrocarbons, have a great potential to increase the thermodynamic performance of these cycles. Within the SAFT-γ Mie approach, functional groups present in HFCs have been developed, obtaining an estimation of the vapour pressure and the saturated-liquid density with an absolute average deviation (AAD), with respect to experimental data, of 3.17% and 1.77%, respectively. Finally, once the thermodynamic model with the SAFT-γ Mie approach is developed and the transport properties are analysed, a computer-aided molecular and process design (CAMPD) framework is proposed, with the objective of maxims the power output, modifying both the working fluid and the operating conditions.