Gestão de energia : 2009/2010

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1 Gestão de energia : 2009/2010 Aula # P2 Transformação de energia Prof. Miguel Águas miguel.aguas@ist.utl.pt

2 Problema 1: Central térmica Considere que uma central térmica tem um rendimento de 40% e que o combustível é carvão que liberta na sua combustão 7000 kcal/kg. Os consumos energéticos associados à sua extracção, transporte e moagem representam 500 kcal/kg. Admita que esta energia é obtida por queima de carvão. a) Por cada kg de carvão queimado na central, quantos kg se têm de extrair da terra. b) Qual é o coeficiente de conversão da energia primária para energia final, nas unidades kg carvão extracção / kwh eléctrico? Aula # P2 : Transformação de energia Slide 2 of 53

3 Problema 1: Central térmica RESOLUÇÃO a) Cext=( ) / 7000 = 1,071 kg carv ext / kg carv b) Consumo de calor por kwheléctrico produzido: Calor = 1 kwh eléctrico / 40% = 2,5 kwh térmico Calor = 2,5 kwh térmico x 3600 kj/kwh / 4,19 kj/kcal = 2148 kcal Em termo de carvão queimado na Central: Carvão = 2148 / 7000 = 0,306 kg/kwh electrico Massa de carvão extraído associada: Massa de carvão extraído = 1,071 kg carv ext / kg carv x 0,306 kg/kwh electrico = 0,33 kg carv extraido /kwh electrico Aula # P2 : Transformação de energia Slide 3 of 53

4 Problema 2: Aquecimento doméstico Pretende-se aquecer uma habitação. Este aquecimento pode ter 3 formas diferentes: 1) Aquecimento eléctrico por efeito de Joule 2) Aquecimento central (queimando gás natural em caldeira com rendimento de 90%) 3) Aquecimento por bomba de calor com eficiência de 3 Dados: Electricidade: rendimento de produção de 50% e preço de 0,1 /kwh. Gás natural: rendimento da rede de transporte de 99%, preço de 0,8 /m3 e PCS de 39 MJ/m3 Compare as soluções em termos dos consumos de energia final, primária e factura energética, ao fornecer 1 kwh de calor à habitação. Discuta o investimento associado a cada solução. Aula # P2 : Transformação de energia Slide 4 of 53

5 Problema 2: Aquecimento doméstico RESOLUÇÃO EFEITO DE JOULE E.Final = E.Util = 1 kwh EF; E.Primária = E.Final /0,4 = 2,5 kwh EP; Custo = 0,10 ; Menor investimento AQUECIMENTO CENTRAL E.Final = E.Util / 0,9 = 1,1 kwh EF; E.Primária = E.Final /0,99=1,1 kwh EP; Investimento elevado (mas faz frio também) Consumo GN = 1,1 kwhx3600 kj/kwh / kj/m3 = 0,1 m3; Custo = 0,1x0,8 = 0,080 BOMBA DE CALOR E.Final = E.Util / 3 = 0,33 kwh EF; E.Primária = E.Final /0,4 = 0,82 kwh EP; Custo=0,082 ; Investimento elevado Aula # P2 : Transformação de energia Slide 5 of 53

6 Problema 3: Fábrica Considere uma fábrica que consome electricidade e gás propano. A electricidade divide-se nas seguintes aplicações: 20% em ar comprimido, 10% em iluminação e 70% em equipamentos produtivos. O gás propano é consumido em fornos com rendimento energético de 60%. Um estudo sobre a empresa retirou as seguintes conclusões: O rendimento térmico dos fornos é de 60%. Cerca de 20% do consumo nos compressores de ar deve-se a funcionamento em vazio (consumo sem produção de ar comprimido). Por outro lado, as fugas na rede devido má manutenção quantificam-se em 30% das efectivas necessidades. As quebras de produção (produto final) são de 5%. Represente, quantificando, o diagrama de Sankey dos fornos e do ar comprimido. Considere que o rendimento de produção de electricidade é de 40% e que a conversão de energia primária para final no gás propano é de 95%. Aula # P2 : Transformação de energia Slide 6 of 53

7 RESOLUÇÃO AR COMPRIMIDO (eléctrico): Rendimento EF EP = 40%; Rendimento EF EU = 80%; Rendimento EU EP = 70%x95%=67%: TOTAL =21% FORNOS (gás natural): Rendimento EF EP = 95%; Rendimento EF EU = 60%; Rendimento EU EP = 95% : TOTAL=54% Carvão Electricidade Petróleo bruto Gas propano Electricidade Centrais térmicas e transporte Degradação de 60% Gas propano Refinação e Transporte Degradação de 5% Funcionamento em vazio Degradação de 20% Fornos Degradação de 40% Ar comprimido Calor Energia produtiva Fugas de ar comprimido Degradação de 30% Quebras de produção Degradação de 5% Energia produtiva Quebras de produção Degradação de 5% Aula # P2 : Transformação de energia Slide 7 of 53