EFICIÊNCIA ENERGÉTICA COM TURBINAS A VAPOR
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- Aurélia Natal Neiva
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1 IV CONGRESSO INTERNATIONAL DE PRODUTOS DE MADEIRA SÓLIDA DE FLORESTAS PLANTADAS Curitiba, de Novembro de 2008 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA COM TURBINAS A VAPOR Palestrante: Engº Guilherme Rino
2 CONTEÚDO 1. Apresentação da empresa 2. Perspectivas do cenário mundial de biomassa 3. Vantagens e desvantagens de geração com biomassa 4. Co-gera geração 5. Níveis de operação (pressão e temperatura) 6. Ganhos energéticos / Consumo específico 7. Tecnologias / conceitos de turbinas 8. Estudo de caso aplicado 9. Conclusões
3 SEDIADA EM SERTÃOZINHO SP MAIOR PÓLO INDUSTRIAL SUCROALCOOLEIRO DO MUNDO Tecnologia 100% Brasileira Especializada em fabricação de turbinas a vapor, redutores de velocidade e serviços de assistência técnica com equipe dedicada 24 horas por dia.
4 Perspectivas do cenário mundial de biomassa Segundo Greenpeace, 77% da energia elétrica mundial poderá ser suprida por fontes de energia renováveis até 2050, incluindo hidroelétricas, energia eólica, solar e biomassa. Energia renovável e eficiência energética podem movimentar US$ 360 bilhões anuais. Fonte: Greenpeace / Comissão Européia de Energia Renovável Cenário Brasileiro Aumento do consumo de energia elétrica em 2007 foi de 6,5% com relação ao período anterior. Estima-se que o crescimento da demanda de energia elétrica atinja 5% ao ano até Contribuição da Biomassa deve ser de 13% até 2012, do total a ser acrescido na matriz energética. Fonte: Exame Março 2008
5 Cenário Brasileiro Fonte: Exame Março 2008
6 Fonte: Exame Março 2008
7 Vantagens da geração de energia elétrica através de biomassa Vantagens: Energia elétrica entregue no curto prazo quando comparado com as hidroelétricas e termoelétricas. Energia limpa. Energia independente dos preços de combustíveis fósseis globais (commodities). Energia vendida a preços previsíveis através de leilões. Extremamente viáveis técnica e economicamente. Desvantagens: Produção de energia elétrica limitada de acordo com o processo ou disponibilidade de combustível. Suscetível a efeitos sazonais e climáticos. Viabilidade econômica atrelada a custos de extração e transporte da biomassa
8 COGERAÇÃO É A GERAÇÃO SIMULTÂNEA DE ENERGIA ELÉTRICA OU MECÂNICA, E ENERGIA TÉRMICA A PARTIR DE UMA ÚNICA FONTE DE CALOR
9 FLUXO DE ENERGIA CENTRAL TÉRMICA T DE CONDENSAÇÃO COGERAÇÃO ENERGIA QUIMICA ENERGIA TÉRMICA ENERGIA MECÂNICA ENERGIA ELËTRICA CALDEIRA TURBINA GERADOR ENERGIA ELÉTRICA DISPONÍVEL CONSUMO INTERNO PERDAS PERDAS PERDAS PERDAS ENERGIA TÉRMICA DISPONÍVEL
10 Ganho Energético com o aumento da Pressão e Temperatura do vapor kg vapor/kwh Consumo Específico 21/300 42/420 65/ /530 kgf/cm 2 / C
11 APLICABILIDADE Indústrias já utilizam vapor em seu processo fabril. Vapor já é gerado a partir da queima de resíduos industriais (biomassa), como cavaco de madeira, serragem, restos florestais, etc. Custo do combustível geralmente favorável a implementação do projeto de cogeração. Investimentos moderados dependendo das instalações já existentes. Aumento crescente da energia elétrica e independência da rede pública são fatores que ajudam na viabilidade da co-geração e geram confiabilidade na operação da planta industrial.
12 Ganho Energético com o aumento da Pressão e Temperatura do vapor 21kgf/cm C Década de kgf/cm C Décadas de 90/00 42kgf/cm C Década de kj/kg 120kgf/cm C Década de kj/kg 978 kj/kg 1069 kj/kg 0,10 bar 40 a 50 C
13 Tecnologia / Conceitos de turbinas a vapor Turbina de Contrapressão com Fluxo Direto Válvula Redutora de Pressão Vapor Vivo Vapor de Processo Redutor Vapor de Contrapessão ~ Gerador
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15 Tecnologia / Conceitos de turbinas a vapor Turbina de Contrapressão com Sangria (tomada) Vapor Vivo ~ Redutor Gerador Vapor das Sangrias Vapor de Contrapressão
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17 Tecnologia / Conceitos de turbinas a vapor Turbina de Contrapressão com Extração(ões) controladas(s) Vapor Vivo ~ Redutor Gerador Vapor de Extração Controlada Vapor de Contrapessão
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20 Tecnologia / Conceitos de turbinas a vapor Turbina de Condensação de Fluxo Direto Vapor Vivo Redutor ~ Gerador Vapor de Condensação W
21 Tecnologia / Conceitos de turbinas a vapor Turbina de Condensação com Extração (ões) Vapor Vivo Redutor ~ Gerador Vapor de Processo Vapor de Condensação W
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23 Características Construtivas de Turbinas a Vapor TURBINAS DE AÇÃO A V0 C2 TURBINAS DE REAÇÃO V0 V2 P0 P0 V0 V2 V0 P2 Queda de pressão de vapor nos bocais (parte fixa). Queda interestágio é acentuada Vapor atravessa palhetas móveis a Pressão constante. Menor número de estágios. Quedas parciais da pressão ocorrendo também nas palhetas móveis Queda de pressão interestágio é pequena. Maior número de estágios tornando-as mais eficientes V2
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26 Características Construtivas de Turbinas a Vapor
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28 CASO APLICADO CALDEIRA DE BAIXA PRESSÃO FORNECENDO VAPOR DIRETAMENTE AO PROCESSO 12 bar (a) 188ºC 25 t/h Consumo de energia: 3500 kw Custo Energia: R$ 150/MW Gasto com energia: R$ ,00/ano Caldeira 80% eficiência Comb.: Madeira Picada PCI: 3300 kcal/kg Temp. água: 90ºC Consumo madeira: 5450 kg/h Custo madeira: R$ 50,00 / ton Operação: 5400 horas/ano Gasto total: R$ ,00 / ano Processo 10 bar(a) 25 t/h Total de gasto no ano: R$ ,00
29 CASO APLICADO CALDEIRA DE MÉDIA PRESSÃO ALIMENTANDO TURBINA A VAPOR 42 bar (a) 420ºC Caldeira 85% eficiência Comb.: Madeira Picada PCI: 3300 kcal/kg Temp. água: 90ºC Consumo madeira: 7850 kg/h Custo madeira: R$ 50,00 / ton Operação: 5400 horas/ano Gasto total: R$ ,00 / ano 32 t/h Processo 10 bar(a) 25 t/h 25 t/h ~ kw Consumo de energia: 3500 kw Custo Energia: R$ 150/MW Gasto com energia: R$ 0 7 t/h Condensador) Total de gasto no ano: R$ ,00
30 COMPARATIVO VARIANDO NÍVEL N DE PRESSÃO E TEMPERATURA Pressão Temp. Vazão CC 21 kgf/cm² 300ºC 40 t/h 9000 kg/h 42 kgf/cm² 420ºC 32 t/h 7850 kg/h 65 kgf/cm² 480ºC 28,6 t/h 7290 kg/h 85 kgf/cm² 510ºC 26,8 t/h 6940 kg/h ~ kw Processo 10 bar(a) 25 t/h
31 CASO APLICADO 2 CALDEIRA DE ALTA PRESSÃO ALIMENTANDO TURBINA A VAPOR 84 bar (a) 505ºC 91,5 t/h ~ kw 50 t/h 41,5 t/h Processo 6 bar(a) 41,5 t/h Processo 15 bar(a) 50 t/h
32 CASO APLICADO 2 CALDEIRA DE ALTA PRESSÃO ALIMENTANDO TURBINA A VAPOR 8,3 MW 84 bar (a) 505ºC 66,5 t/h 70 t/h 45 t/h 25 t/h 50 t/h 25 t/h ~ 7,2 MW 4,2 MW Processo 6 bar(a) 41,5 t/h 20 t/h 20 t/h Processo 15 bar(a)
33 Engº Guilherme Rino DDR: (16) Cel: (16)
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