Published May 1, 2023 | Version v1
Publication Open

Investigation of a ground-cooled organic Rankine cycle for waste heat recovery

Creators

  • 1. University of Sharjah
  • 2. City, University of London
  • 3. Lebanese International University
  • 4. International University of Beirut
  • 5. Minia University
  • 6. Abu Dhabi University
  • 7. Aston University

Description

This paper investigates a ground-cooled organic Rankine cycle (ORC) for waste heat recovery from a diesel generator. The ambient and ground temperatures used in the current study are based on real-time data collected from experimental measurements. ANSYS Mechanical APDL was used to simulate the effect of the proposed system on the ground in order to calculate the soil thermal interference radius. In addition, the simulation study compared two scenarios: with and without phase change material. Based on the simulation results, the required ground loop size was calculated using the Engineering Equation Solver (EES). The economic feasibility of the proposed system was investigated, considering both basic and regenerative ORCs. The original rated output power of the diesel generator considered in this study was 30 kW. The results showed that the soil thermal interference radius and the ground loop length were 0.32 m and 1480 m, respectively. The ORC system, with a design operating temperature of 300 °C, enhanced the overall output power by 7.98%, compared to that of diesel generator alone. Replacement of the basic ORC with a regenerative ORC increased the enhancement up to 15.31%. The capital cost and payback period ranges for the basic ORC were £11,945–18,770 and 4.9–7.8 years, respectively, while those for the regenerative ORC are £17,062–25,592 and 3.7–5.5 years.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تبحث هذه الورقة في دورة رانكين العضوية المبردة بالأرض (ORC) لاسترداد الحرارة المهدرة من مولد الديزل. تعتمد درجات الحرارة المحيطة والأرضية المستخدمة في الدراسة الحالية على البيانات في الوقت الفعلي التي تم جمعها من القياسات التجريبية. تم استخدام ANSYS Mechanical APDL لمحاكاة تأثير النظام المقترح على الأرض من أجل حساب نصف قطر التداخل الحراري للتربة. بالإضافة إلى ذلك، قارنت دراسة المحاكاة سيناريوهين: مع وبدون مادة تغيير الطور. بناءً على نتائج المحاكاة، تم حساب حجم الحلقة الأرضية المطلوبة باستخدام آلة حل المعادلة الهندسية (EES). تم التحقيق في الجدوى الاقتصادية للنظام المقترح، مع الأخذ في الاعتبار كل من ORCs الأساسية والتجديدية. بلغت طاقة الخرج المقدرة الأصلية لمولد الديزل الذي تم أخذه في الاعتبار في هذه الدراسة 30 كيلو واط. وأظهرت النتائج أن نصف قطر التداخل الحراري للتربة وطول الحلقة الأرضية كانا 0.32 متر و 1480 متر على التوالي. عزز نظام ORC، مع درجة حرارة تشغيل تصميم 300 درجة مئوية، طاقة الخرج الإجمالية بنسبة 7.98 ٪، مقارنة بمولد الديزل وحده. أدى استبدال ORC الأساسي بـ ORC متجدد إلى زيادة التعزيز بنسبة تصل إلى 15.31 ٪. كانت تكلفة رأس المال وفترة الاسترداد لـ ORC الأساسية 11،945-18،770 جنيهًا إسترلينيًا و 4.9-7.8 سنوات على التوالي، في حين أن تكلفة رأس المال وفترة الاسترداد لـ ORC المتجددة هي 17،062-25،592 جنيهًا إسترلينيًا و 3.7–5.5 سنوات.

Translated Description (French)

Cet article étudie un cycle organique de Rankine (ORC) refroidi au sol pour la récupération de la chaleur résiduelle d'un générateur diesel. Les températures ambiantes et du sol utilisées dans la présente étude sont basées sur des données en temps réel recueillies à partir de mesures expérimentales. ANSYS Mechanical APDL a été utilisé pour simuler l'effet du système proposé sur le sol afin de calculer le rayon d'interférence thermique du sol. De plus, l'étude de simulation a comparé deux scénarios : avec et sans matériau à changement de phase. Sur la base des résultats de la simulation, la taille de la boucle de masse requise a été calculée à l'aide du solveur d'équations d'ingénierie (EES). La faisabilité économique du système proposé a été étudiée, en tenant compte des ORC de base et régénératifs. La puissance de sortie nominale initiale du générateur diesel considéré dans cette étude était de 30 kW. Les résultats ont montré que le rayon d'interférence thermique du sol et la longueur de la boucle au sol étaient de 0,32 m et 1480 m, respectivement. Le système ORC, avec une température de fonctionnement nominale de 300 °C, a amélioré la puissance de sortie globale de 7,98 %, par rapport à celle du générateur diesel seul. Le remplacement de l'ORC de base par un ORC régénératif a augmenté l'amélioration jusqu'à 15,31 %. Les fourchettes de coût en capital et de période de récupération pour l'ORC de base étaient de 11 945 à 18 770 £ et de 4,9 à 7,8 ans, respectivement, tandis que celles pour l'ORC régénérative étaient de 17 062 à 25 592 £ et de 3,7 à 5,5 ans.

Translated Description (Spanish)

Este documento investiga un ciclo de Rankine orgánico refrigerado por tierra (ORC) para la recuperación de calor residual de un generador diésel. Las temperaturas ambiente y del suelo utilizadas en el estudio actual se basan en datos en tiempo real recopilados a partir de mediciones experimentales. ANSYS Mechanical APDL se utilizó para simular el efecto del sistema propuesto en el suelo con el fin de calcular el radio de interferencia térmica del suelo. Además, el estudio de simulación comparó dos escenarios: con y sin material de cambio de fase. Con base en los resultados de la simulación, el tamaño del bucle de tierra requerido se calculó utilizando el solucionador de ecuaciones de ingeniería (EES). Se investigó la viabilidad económica del sistema propuesto, considerando tanto los ORC básicos como los regenerativos. La potencia nominal de salida original del generador diésel considerado en este estudio fue de 30 kW. Los resultados mostraron que el radio de interferencia térmica del suelo y la longitud del bucle de tierra fueron de 0.32 m y 1480 m, respectivamente. El sistema ORC, con una temperatura de funcionamiento de diseño de 300 °C, mejoró la potencia de salida total en un 7,98%, en comparación con la del generador diésel solo. La sustitución del ORC básico por un ORC regenerativo aumentó la mejora hasta el 15,31%. Los rangos de costo de capital y período de recuperación para el ORC básico fueron de £ 11,945-18,770 y 4.9-7.8 años, respectivamente, mientras que los del ORC regenerativo son de £ 17,062-25,592 y 3.7–5.5 años.

Files

1-s2.0-S2666202723000678-main.pdf.pdf

Files (2.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:4242f27b7cf18b1ab8a1a48f20895745
2.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحقيق في دورة رانكين العضوية المبردة بالأرض لاستعادة حرارة النفايات
Translated title (French)
Étude d'un cycle de Rankine organique refroidi au sol pour la récupération de la chaleur résiduelle
Translated title (Spanish)
Investigación de un ciclo de Rankine orgánico enfriado por tierra para la recuperación de calor residual

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4362672282
DOI
10.1016/j.ijft.2023.100348

Is supplement to
https://openalex.org/W4312842629 (Other)
https://openalex.org/W4200459572 (Other)
https://openalex.org/W3039049605 (Other)
https://openalex.org/W2801186707 (Other)
https://openalex.org/W269005849 (Other)
https://openalex.org/W2384896494 (Other)
https://openalex.org/W2378521459 (Other)
https://openalex.org/W2350948750 (Other)
https://openalex.org/W2042948117 (Other)
https://openalex.org/W1988356606 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1988478120
  • https://openalex.org/W1992217339
  • https://openalex.org/W2341473176
  • https://openalex.org/W2601703312
  • https://openalex.org/W2606128590
  • https://openalex.org/W2611423935
  • https://openalex.org/W2770069892
  • https://openalex.org/W2801934545
  • https://openalex.org/W2897154020
  • https://openalex.org/W2956015303
  • https://openalex.org/W2964136641
  • https://openalex.org/W2998376460
  • https://openalex.org/W3089631263
  • https://openalex.org/W3102022916
  • https://openalex.org/W3105222808
  • https://openalex.org/W3113020309
  • https://openalex.org/W3119783884
  • https://openalex.org/W3122315682
  • https://openalex.org/W3129058668
  • https://openalex.org/W3129668819
  • https://openalex.org/W3132809927
  • https://openalex.org/W3135923218
  • https://openalex.org/W3138343866
  • https://openalex.org/W3145187427
  • https://openalex.org/W3157103366
  • https://openalex.org/W3165308313
  • https://openalex.org/W3171642686
  • https://openalex.org/W3184583280
  • https://openalex.org/W3193510708
  • https://openalex.org/W3194653329
  • https://openalex.org/W3215927033
  • https://openalex.org/W3216044260
  • https://openalex.org/W4206542252
  • https://openalex.org/W4210363466
  • https://openalex.org/W4211066612
  • https://openalex.org/W4221058796
  • https://openalex.org/W4233457580
  • https://openalex.org/W4239249298
  • https://openalex.org/W4247127693
  • https://openalex.org/W4280515242
  • https://openalex.org/W4283207123
  • https://openalex.org/W4289636009
  • https://openalex.org/W4293660368
  • https://openalex.org/W4296181562
  • https://openalex.org/W4296293039
  • https://openalex.org/W4296465810
  • https://openalex.org/W4297200695
  • https://openalex.org/W4308147626
  • https://openalex.org/W4308307234
  • https://openalex.org/W4308387561
  • https://openalex.org/W4309355227
  • https://openalex.org/W4310137258
  • https://openalex.org/W4311968928
  • https://openalex.org/W4312221637
  • https://openalex.org/W4313334349
  • https://openalex.org/W4313707023
  • https://openalex.org/W4319461524
  • https://openalex.org/W4321052085
  • https://openalex.org/W936990766