/* Usina Recuperação de Calor
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Hipóteses:

1. Regime permanente
2. Rejeição de calor desprezível, variações de energia cinética e potencial desprezíveis
3. Perdas de carga desprezíveis nas tubulações
4. Produtos da combustão podem ser modelados como ar sendo gás ideal

Análise:

*/

// Incinerador

// balanço de massa

rac = 17.24

// mdot1 = 69.8  // kg/s

// alfa = 0.5  // percentual de CH4 no combustivel

mdot1 = mdotch + mdotar

mdotar = rac * mdotch

mdotch4 = alfa * mdotch

mdotrsu = (1 - alfa) * mdotch

// poder calorifico inferior do RSU

LHVrsu = 1300 * 4.189  // kJ/kg

// poder calorifico inferior do CH4

LHVch4 = 11940 * 4.189 // kJ/kg

qcomb = mdotrsu * LHVrsu + mdotch4 * LHVch4

// Balanço de energia

// q0 = 0

q0 + qcomb = mdot1 * hprod

hprod = h_T("Air",T1)

// T1 = T_h("Air", hprod)

// condicoes ambientais

T0 = 298  // K

// Dimensionamento do incinerador

hext = 1  // coef conv natural externa

hint = 500 // coef conv forcada e radiacao interna

tp = 0.1  // m - espessura de parede isolada

kiso = 1  // W/mK - condutividade isolante

D = 1  // m - diametro do incinerador

// pi = 3.14159

hinc = 2 // m - altura do incinerador

uinv = 1/hext + tp/kiso + 1/hint

u = 1/uinv  // W/m2K - coef global transf calor

area = pi * D * D / 2 + pi * D * hinc 

q0 = - u * area * (T1 - T0) / 1000 // perda de calor

// Dimensionamento do Trocador de Calor Recuperador - GV

cpr = 1 // kJ/kgK

cag = 4.18  // kJ/kgK

Cprod = mdot1 * cpr

Cmin = Cprod

// mdot1 * (h1 - h2) = effet * Cmin * (T1 - T3)

T1 - T2 = effet * (T1 - T3)

effet = 1 - exp (-ua_gv/Cmin)


// Sistema de geracao de energia

// Conversão de unidades do Sist Inglês para o SI

	vprodE=2E5 // ft3/min

	 vprod = vprodE * 0.028317 / 60     // ft3/min para m3/s

	 T1E=400  // oF

	T1 = 5 * (T1E - 32)/9 + 273     // K

	p1 = 1.01325       // atm ou bar

	T2E = 260  //oF

	T2 = 5 * (T2E - 32)/9 + 273     // K

	// T2 = T3

	p2 = 1.01325     // bar

	mdot3 = 275 * 0.4536 / 60   // kg/s

	p3 = 1.01325 * 40 / 14.7   // bar 

	T3 = 5 * (102 - 32)/9 + 273     // K

	p5 = 1.01325* 1 / 14.7   // bar

	x5 = 0.93

	celet = 0.08  // $/kWh

	rbar = 8.314  // kJ/(kmol.K)

	m = 28.97  // kg/kmol

	p4 = p3

	// balanço de massa

	0 = mdot1 - mdot2  // lado produtos TC recuperador

	0 = mdot3 - mdot4  // lado água do TC recuperador

	0 = mdot4 - mdot5  // vapor na turbina	

	// balanço de energia

	wdot = mdot1 * (h1 - h2) + mdot3 * (h3 - h5)

	// vazão mássica de produtos

	mdot1 = p1 * 1E2 * vprod / (rbar/m) / T1  
	
	// calculo de entalpias

	h1 = h_T("Air", T1) 

	h2 = h_T("Air", T2)

	h3 = h_PT("Water/Steam", p3, T3)

	h5 = hsat_Px("Water/Steam", p5, x5) 

	// Cálculo de T4

	0 = mdot1 * (h1 - h2) + mdot3 * (h3 - h4)

	T4 = T_Ph("Water/Steam", p4, h4)

	// eficiencia isoentropica

	s5s = s4

	x5s0 = x_sP("Water/Steam", s5s, p0) 

	h5s0 = hsat_Px("Water/Steam", p0, x5s0)  

	x5s = x_sP("Water/Steam", s5s, p5) 

	h5s = hsat_Px("Water/Steam", p5, x5s)  

	eta_s_t = (h4 - h5) / (h4 - h5s)  // eff isoentropica da turbina

	wextra = eta_s_t * mdot4 * (h5s0 - h5s) // pot extra por usar vacuo

	// Condensador

	// Balanco de energia

	DT = 3 // diferenca de temperatura abaixo da temperatura de entrada do fluido de trabaho no condensador

	T7 = T5 - DT  // temperatura de saida ag arref cond desejada

	h7 = h_PT("Water/Steam", p0, T7)  

	0 = mdot5 * (h5 - h3) + mdot6 * (h0ag - h7)

// Dimensionamento do Condensador

Cmin_c = mdot6 * cag

T5 = Tsat_P("Water/Steam", p5)  

T7 - T0 = effet_c * (T5 - T0)

effet_c = 1 - exp (-ua_c/Cmin_c)

	// Valor anual 

	Vanual = wdot * 8000 * celet  // $/ano

	// Análise exergética

	// T0 = 298  // K

	p0 = 1.01325  // bar

	h0ar = h_T("Air", T0)  // energia (kJ/kg)

	s0ar = s_TP("Air", T0, p0)  // kJ/(kg.K)

	h0ag = h_PT("Water/Steam", p0, T0)

	s0ag = s_PT("Water/Steam", p0, T0)

	// cálculo das exergias específicas de escoamento

	s1 = s_TP("Air", T1, p1)

	ex1 = (h1 - h0ar) - T0 * (s1 - s0ar)

	s2 = s_TP("Air", T2, p2)

	ex2 = (h2 - h0ar) - T0 * (s2 - s0ar)

	s3 = s_PT("Water/Steam", p3, T3)

	ex3 = (h3 - h0ag) - T0 * (s3 - s0ag)

	s4 = s_PT("Water/Steam", p4, T4)

	ex4 = (h4 - h0ag) - T0 * (s4 - s0ag)

	s5 = ssat_Px("Water/Steam", p5, x5)

	ex5 = (h5 - h0ag) - T0 * (s5 - s0ag)

	s7 = s_PT("Water/Steam", p0, T7)

	ex7 = (h7 - h0ag) - T0 * (s7 - s0ag)

	// Calcular a exergia destruida no sistema e a eficiencia de 2a Lei do sistema

	wdot = mdot1 * (ex1 - ex2) + mdot3 * (ex3 - ex5) - EDsist_orig  // ED no sist original

	wdot = mdot1 * (ex1 - ex2) + mdot6 * (- ex7) - EDsist // ED no sistema completo

	etaIIsist = (wdot - wbomba) / (mdot1*ex1) // deve ser deduzida tambem a potencia necessaria para fazer o vacuo no sistema posteriormente

	// potencia consumida pela bomba

	v3 = v_PT("Water/Steam", p3, T3)

	wbomba = mdot4 * v3 * (p3 - p5) * 1E2 // kW

	// Elevacao de temperatura na bomba eh significativa? Resp: balanco de energia - veja que eh desprezivel

	wbomba = mdot3 * (h3-h8)

	T8 = T_Ph("Water/Steam", p5, h8) 

	// Análise termoeconomica

	// Gerador de vapor

	Zgv = 0.01  // R$/s = taxa de custo IC e OM

	// custo dos produtos

	c1 = 51E-7  // R$/kJ

	// custo da água de alimentação

	rwtwb = wbomba/wdot

	c3 = cw 

	c2 = c1

	// Equação da contabilidade termoeconomica

	c2 * mdot2 * ex2 + c4 * mdot4 * ex4 = c1 * mdot1 * ex1 + c3 * mdot3 * ex3 + Zgv

	C4 = c4 * mdot4 * ex4 // R$/s

	C4_1ano = C4 * 365 * 24 * 3600 // R$/ano

	// turbina

	Zt = 0.08 * wdot * 1E-4  // R$/s

	c5 = c4

	c5 * mdot5 * ex5 + cw * wdot = C4 + Zt

	cwconv = cw * 3600  // $/kWh