A transição para soluções energéticas sustentáveis é essencial para responder ao crescente consumo global de energia e mitigar os impactos ambientais associados aos combustíveis fósseis. A biomassa, sendo um recurso neutro em carbono, apresenta-se como uma alternativa promissora para a produção de energia renovável, especialmente em regiões com abundância de recursos florestais. Este estudo foca-se na avaliação da integração de ciclos de Rankine com caldeiras de biomassa, com o objetivo de otimizar a eficiência da conversão energética e a viabilidade operacional.A investigação realiza uma análise comparativa entre diferentes configurações do ciclo de Rankine, nomeadamente o ciclo a vapor e o ciclo de Rankine orgânico (ORC), considerando diversas condições operacionais e tipos de biomassa. Para tal, foram desenvolvidos modelos termodinâmicos utilizando o software MATLAB, permitindo simular o desempenho dos ciclos e analisar o impacto de algumas variáveis de operação, como a pressão e temperatura do ciclo, a escolha do fluido de trabalho e as características da biomassa utilizada, nomeadamente o poder calorífico e o teor de humidade.Os resultados obtidos demonstram que a escolha da configuração do ciclo de Rankine e das condições operacionais influência significativamente o desempenho global dos sistemas energéticos baseados na combustão de biomassa. As conclusões deste estudo identificam as configurações mais vantajosas para a conversão energética da biomassa florestal, fornecendo diretrizes para uma implementação otimizada destes ciclos em aplicações de geração de energia sustentável.

The transition to sustainable energy solutions is essential to address the increasing global energy demand and mitigate the environmental impacts associated with fossil fuels. Biomass, as a carbon-neutral resource, presents itself as a promising alternative for renewable energy production, particularly in regions with abundant forest resources. This study focuses on evaluating the integration of Rankine cycles with biomass-fired boilers, aiming to optimize energy conversion efficiency and operational feasibility.The research conducts a comparative analysis of different Rankine cycle configurations, namely the water/steam Rankine cycle and the organic Rankine cycle (ORC), considering various operating conditions and biomass types. For this purpose, thermodynamic models were developed using MATLAB software, enabling the simulation of cycle performance and the analysis of key operational variables, such as cycle pressure and temperature, the choice of working fluid, and the characteristics of the biomass used, particularly its calorific value and moisture content.The results obtained demonstrate that the selection of the Rankine cycle configuration and operational conditions significantly influences the overall performance of energy systems based on biomass combustion. The conclusions of this study identify the most advantageous configurations for energy conversion from forest biomass, providing guidelines for the optimized implementation of these cycles in sustainable power generation applications.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia