Fabiano Pagliosa Branco

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM CIÊNCIAS TÉRMICAS ANÁLISE TERMOECONÔMICA DE UMA USINA TERMELÉTRICA A GÁS NATURAL OPERANDO EM CICLO ABERTO E EM CICLO COMBINADO Fabiano Pagliosa Brano Dissertação apresentada à Fauldade de Engenharia de Ilha Solteira da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, omo parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Meânia. Orientador: Prof. Dr. Riardo Alan Verdú Ramos Co-orientador: Prof. Dr. Cassio Roberto Maedo Maia Ilha Solteira - SP, 24 de março de 2005.

2 FICHA CATALOGRÁFICA Elaborada pela Seção Ténia de Aquisição e Tratamento da Informação/Serviço Ténio de Bibliotea e Doumentação da UNESP-Ilha Solteira. B816a Brano, Fabiano Pagliosa Análise termoeonômia de uma usina termelétria a gás natural operando em ilo aberto e em ilo ombinado / Fabiano Pagliosa Brano. -- Ilha Solteira: [s.n.], 2005 xix, 156 p. : il. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista. Fauldade de Engenharia de Ilha Solteira, Orientador: Riardo Alan Verdú Ramos Co-orientador: Cassio Roberto Maedo Maia Bibliografia: p Energia. 2. Exergia. 3. Termoeonomia. 4. Geração de energia elétria. 5. Gás natural. 6. Usinas termelétrias.

3 ANÁLISE TERMOECONÔMICA DE UMA USINA TERMELÉTRICA A GÁS NATURAL OPERANDO EM CICLO ABERTO E EM CICLO COMBINADO Fabiano Pagliosa Brano ESTA DISSERTAÇÃO FOI JULGADA ADEQUADA PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA NA ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM CIÊNCIAS TÉRMICAS E APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA. Prof. Dr. Gilberto Pehoto de Melo Coordenador do PPGEM FEIS/UNESP COMISSÃO EXAMINADORA: Prof. Dr. Riardo Alan Verdú Ramos Departamento de Engenharia Meânia FEIS/UNESP Orientador Prof. Dr. José Antonio Andrés Velásquez Alegre Departamento de Engenharia Meânia PUC/PR Prof. Dr. João Batista Campos Silva Departamento de Engenharia Meânia FEIS/UNESP Ilha Solteira - SP, 24 de março de 2005.

4 unesp UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA CAMPUS DE ILHA SOLTEIRA FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA CERTIFICADO DE APROVAÇÃO TÍTULO: ANÁLISE TERMOECONÔMICA DE UMA USINA TERMELÉTRICA A GÁS NATURAL OPERANDO EM CICLO ABERTO E EM CICLO COMBINADO AUTOR: FABIANO PAGLIOSA BRANCO ORIENTADOR: Dr. RICARDO ALAN VERDÚ RAMOS Aprovado omo parte das exigênias para obtenção do Título de MESTRE em ENGENHARIA MECÂNICA pela Comissão Examinadora: Dr. RICARDO ALAN VERDÚ RAMOS Dr. JOSÉ ANTONIO ANDRÉS VELÁSQUEZ ALEGRE Dr. JOÃO BATISTA CAMPOS SILVA Data da realização: 24 de março de Presidente da Comissão Examinadora Dr. RICARDO ALAN VERDÚ RAMOS

5 i Dediatória Dedio esse trabalho aos meus pais, Roberto Saraiva Brano e Maria Helena Pagliosa Brano, aos meus irmãos, Roberto Pagliosa Brano, Cássio Pagliosa Brano e Bruno Pagliosa Brano e, também, às minhas avós, Virgínia e Rosina.

6 ii Agradeimentos Agradeço primeiramente a Deus. Agradeço ao Professor Riardo Alan Verdú Ramos por ter enarado o desafio junto omigo no desenvolvimento desse trabalho. Ao professor Cassio Roberto Maedo Maia pelas horas de disussão que tanto ontribuíram para esse trabalho. Aos amigos queridos da pós-graduação, em espeial ao Edílson, Thales e Alessandro, pela ajuda e momentos agradáveis. Ao Departamento de Engenharia Meânia da UNESP Ilha Solteira e seus funionários pela ajuda e amizade.

7 iii Sumário Lista de Tabelas vi Lista de Figuras viii Lista de Símbolos xi Resumo xvi Abstrat xvii Preâmbulo xviii Capítulo 1 Introdução e Objetivos Introdução Objetivos...2 Capítulo 2 Revisão da Literatura...4 Capítulo 3 Caraterização de Plantas Termelétrias a Gás Prinipais Equipamentos Utilizados em Plantas Termelétrias a Gás Turbinas a Gás Caldeiras de Reuperação Turbinas a Vapor Configurações Típias de Plantas Termelétrias a Gás Plantas de Cilo Aberto Plantas de Cilo Combinado...23 Capítulo 4 Coneitos e Metodologia Apliada Análise Energétia Aspetos Gerais da Análise pela Primeira Lei da Termodinâmia Aspetos Gerais da Análise pela Segunda Lei da Termodinâmia Limitações da Análise Baseada na Primeira Lei da Termodinâmia Análise Exergétia Definição de Exergia Balanço de Exergia Irreversibilidade dos Equipamentos Efiiênia Energétia e Exergétia Análise Termoeonômia Introdução à Termoeonomia Histório da Termoeonomia...39

8 iv Vertentes e Metodologias da Termoeonomia Teoria do Custo Exergétio Análise da Viabilidade Finaneira Análise de Sensibilidade Análise de Cenários Análise Probabilístia de Riso Prinipais Indiadores Apresentação do Modelo de Análise Termodinâmia Considerações Modelagem dos Componentes do Cilo a Gás Modelagem dos Componentes do Cilo a Vapor Rendimentos Baseados na Primeira e na Segunda Lei da Termodinâmia Método de Solução...62 Capítulo 5 Casos Propostos e Premissas Eonômias Detalhamento dos Casos a serem Estudados Caso 1 Cilo Aberto om Turbinas a Gás Caso 2 Cilo Combinado om Um Nível de Pressão Caso 3 Cilo Combinado om Dois Níveis de Pressão Caso 4 Cilo Combinado om Três Níveis de Pressão Tempo de Construção, Investimento e Operação de Termelétrias Estimativa do Custo dos Equipamentos Investimentos de Capital e Suposições Eonômio-Finaneiras Introdução Suposições para Análise de Sensibilidade Eonômia Apresentação do Modelo de Análise Termoeonômia...89 Capítulo 6 Resultados e Disussões Análise de Parâmetros Resultados da Análise Termodinâmia Resultados da Análise Termoeonômia Resultados da Análise Eonômia Capítulo 7 Conlusões Referênias Bibliográfias 123 Anexo A Fontes e Tenologias para Geração de Energia 129

9 v A.1. Energia Hidrelétria A.2. Energia da Biomassa A.3. Energia Nulear A.4. Energia Eólia A.5. Energia Fotovoltaia A.6. Células Combustíveis Anexo B Aspetos do Sistema Elétrio Brasileiro 136 B.1. Histório e Reestruturação do Sistema Elétrio Brasileiro B.2. Evolução da Potênia Elétria Instalada no Brasil B.3. Programa Prioritário de Termoeletriidade B.4. Crise Energétia Brasileira B.5. Risos para a Implantação de Projetos Termelétrios Anexo C Aspetos do Gás Natural no Brasil 146 C.1. Histório C.2. Aspetos Regulatórios C.3. Aspetos Ambientais C.4. Redes de Distribuição e Perspetivas de Aumento de Consumo C.5. Caraterístias Ténias Anexo D Exemplos de Usinas Térmias 153 D.1. Usina Naistenlahti D.2. Usina Korneuburg D.3. Usina Hemweg D.4. Usina Nokia D.5. Companhia Siderúrgia Naional...156

10 vi Lista de Tabelas Tabela 3.1 Valores para dimensionamento de aldeiras de reuperação Tabela 3.2 Valores da variação da potênia gerada na entral termelétria Tabela 5.1 Dados dos equipamentos das turbinas a gás da usina termelétria Tabela 5.2 Dados termodinâmios do ilo a gás Tabela 5.3 Dados araterístios dos equipamentos do ilo a vapor e da turbina a gás om aldeiras de reuperação om 1 nível de pressão Tabela 5.4 Dados do ilo ombinado om aldeiras om 1 nível de pressão Tabela 5.5 Dados araterístios dos equipamentos do ilo a vapor om aldeiras de reuperação om 2 níveis de pressão Tabela 5.6 Dados do ilo ombinado om aldeiras om 2 níveis de pressão Tabela 5.7 Dados araterístios dos equipamentos do ilo a vapor om aldeiras de reuperação om 3 níveis de pressão Tabela 5.8 Dados do ilo ombinado om aldeiras om 3 níveis de pressão Tabela 5.9 Custo de investimento da turbina a gás Tabela 5.10 Custos de investimento das aldeiras de reuperação Tabela 5.11 Custo de investimento do desaerador Tabela 5.12 Custo de investimento da turbina a vapor Tabela 5.13 Custo de investimento do ondensador Tabela 5.14 Custo de investimento das bombas Tabela 5.15 Distribuição dos ustos diretos e indiretos (apital e ustos de operação) Tabela 5.16 Custo de investimento total de ada onfiguração Tabela 5.17 Custos de amortização para os omponentes do ilo a gás (Casos 1 a 4) Tabela 5.18 Custos de amortização para ada omponente do ilo a vapor (Caso 2) Tabela 5.19 Custos de amortização para ada omponente do ilo a vapor (Caso 3) Tabela 5.20 Custos de amortização para ada omponente do ilo a vapor (Caso 4) Tabela 5.21 Balanço dos ustos exergoeonômios para o Caso Tabela 5.22 Balanço dos ustos exergoeonômios para o Caso Tabela 5.23 Balanço dos ustos exergoeonômios para o Caso Tabela 5.24 Balanço dos ustos exergoeonômios para o Caso Tabela 6.1 Conjuntos onsiderados na análise termodinâmia Tabela 6.2 Efiiênia de 2ª lei, potênia e irreversibilidade dos equipamentos do Caso

11 vii Tabela 6.3 Efiiênia de 2ª lei, potênia e irreversibilidade dos equipamentos do Caso Tabela 6.4 Efiiênia de 2ª lei, potênia e irreversibilidade dos equipamentos do Caso Tabela 6.5 Efiiênia de 2ª lei, potênia e irreversibilidade dos equipamentos do Caso Tabela 6.6 Rendimentos dos onjuntos, dos ilos Rankine e dos ilos totais Tabela 6.7 Fluxos de exergia e ustos exergétio unitário e exergoeonômio do Caso Tabela 6.8 Fluxos de exergia e ustos exergétio unitário e exergoeonômio do Caso Tabela 6.9 Fluxos de exergia e ustos exergétio unitário e exergoeonômio do Caso Tabela 6.10 Fluxos de exergia e ustos exergétio unitário e exergoeonômio do Caso Tabela 6.11 Taxa de Retorno do Investimento, Valor Líquido Atual e Taxa Interna de Retorno, em função do preço de venda da energia para o Caso Tabela 6.12 Taxa de Retorno do Investimento, Valor Líquido Atual e Taxa Interna de Retorno, em função do preço de venda da energia para o Caso Tabela 6.13 Taxa de Retorno do Investimento, Valor Líquido Atual e Taxa Interna de Retorno, em função do preço de venda da energia para o Caso Tabela 6.14 Taxa de Retorno do Investimento, Valor Líquido Atual e Taxa Interna de Retorno, em função do preço de venda da energia para o Caso Tabela B.1 Quadro omparativo do Setor Elétrio Brasileiro Tabela B.2 Evoluão da potênia instalada no Brasil (MW) Tabela C.1 Vendas de gás das distribuidoras brasileiras por segmento Tabela C.2 Propriedades médias do gás natural boliviano Tabela C.3 Composição média em volume do gás natural boliviano

12 viii Lista de Figuras Figura 3.1 Representação esquemátia de uma turbina a gás Figura 3.2 Exemplo de uma aldeira de reuperação Figura 3.3 Esquema onstrutivo om os prinipais equipamentos de uma aldeira de reuperação om um nível de pressão Figura 3.4 Diagrama esquemátio da aldeira de reuperação de alor Figura 3.5 Vantagens do uso de vários níveis de pressão em aldeiras de reuperação Figura 3.6 Vantagens do uso de vários níveis de pressão na aldeira de reuperação, numa instalação de ilo ombinado Figura 3.7 Representação esquemátia de uma turbina a vapor Figura 3.8 Cilo aberto om turbina a gás Figura 3.9 Esquema do aoplamento da turbina a gás om a aldeira de reuperação Figura 3.10 Esquema típio de uma planta termelétria em ilo ombinado tipo 1+1, om dois geradores Figura 3.11 Esquema típio de uma planta termelétria em ilo ombinado tipo 1+1, om um gerador Figura 3.12 Esquema típio de uma planta termelétria em ilo ombinado tipo 2 + 1, om três geradores Figura 4.1 Sistema em omuniação om a atmosfera e n reservatórios de temperatura Figura 4.2 Fluxo de aixa aumulativo típio ao longo do tempo de implantação e operação de um projeto de ogeração Figura 5.1 Usina termelétria em ilo aberto Figura 5.2 Parte do ilo ombinado om aldeira de um nível de pressão Figura 5.3 Parte do ilo ombinado om aldeira de dois níveis de pressão Figura 5.4 Parte do ilo ombinado om aldeira de três níveis de pressão Figura 5.5 Contribuição de ada equipamento na formação dos investimentos totais em ada aso estudado Figura 6.1 Variação do rendimento e da potênia total produzida em função da temperatura ambiente, para ilo ombinado om aldeira om 1 nível de pressão Figura 6.2 Variação da potênia da turbina a gás e da temperatura de saída em função da pressão de saída na turbina a gás, para ilo ombinado om aldeira om 1 nível de pressão. 94

13 ix Figura 6.3 Variação da potênia da turbina a gás e da turbina a vapor, em função da pressão de saída na turbina a gás, para ilo ombinado om aldeira om 1 nível de pressão Figura 6.4 Variação da potênia total do ilo ombinado em função da pressão de saída na turbina a gás, para ilo ombinado om aldeira om 1 nível de pressão Figura 6.5 Variação da potênia da turbina a vapor e da efiiênia da aldeira de reuperação om 1 nível de pressão em função do pinh point Figura 6.6 Variação da efiiênia da aldeira de reuperação om 1 nível de pressão em função da pressão do ondensado Figura 6.7 Variação da potênia e da efiiênia da aldeira de reuperação om 2 níveis de pressão em função da extração de vapor Figura 6.8 Variação da potênia da turbina a vapor e da efiiênia da aldeira om 1 nível de pressão em função da pressão de alta na turbina a vapor Figura 6.9 Título do vapor em função da pressão de alta na turbina a vapor na aldeira de reuperação om 1 nível de pressão Figura 6.10 Comparação entre as potênias líquidas produzidas em ada aso estudado Figura 6.11 Comparação entre o rendimento térmio global da primeira lei e da segunda leis em ada aso estudado Figura 6.12 Comparação entre as efiiênias térmias da primeira lei e da segunda lei para as aldeiras de reuperação em ada aso estudado Figura 6.13 Comparação entre as irreversibilidades geradas pelas aldeiras de reuperação em ada aso estudado Figura 6.14 Comparação entre as irreversibilidades geradas pelos ondensadores em ada aso estudado Figura 6.15 Comparação entre as irreversibilidades geradas pelas turbinas a vapor em ada aso estudado Figura 6.16 Custo da potênia gerada nas turbinas a gás, nas turbinas a vapor e usto médio de geração em ada aso estudado Figura 6.17 Custo exergétio unitário médio da eletriidade em ada aso estudado Figura 6.18 Custo do vapor nas aldeiras de reuperação nos asos de ilo ombinado Figura 6.19 Variação do fluxo de aixa aumulado para diferentes preços de venda de energia elétria para o Caso Figura 6.20 Variação do fluxo de aixa aumulado para diferentes preços de venda de energia elétria para o Caso

14 x Figura 6.21 Variação do fluxo de aixa aumulado para diferentes preços de venda de energia elétria para o Caso Figura 6.22 Variação do fluxo de aixa aumulado para diferentes preços de venda de energia elétria para o Caso Figura 6.23 Custo da energia produzida em função do usto do gás natural para ada aso estudado Figura B.1 Investimento no setor elétrio de 1980 a Figura B.2 Estrutura físia e omerial do setor elétrio brasileiro Figura C.1 Gasodutos no Brasil Figura D.1 Planta térmia da Usina de Naistenlahti (Finlândia) Figura D.2 Planta térmia da Usina Korneunburg (Áustria) Figura D.3 Planta térmia da Usina Hemweg (Holanda) Figura D.4 Planta térmia da Usina de Nokia (Finlândia) Figura D.5 Planta térmia simplifiada da CSN (Brasil)

15 xi Lista de Símbolos Símbolos Latinos BEN Benefíio anual obtido (US$) Custo exergétio monetário ou usto exergoeonômio (US$/GJ) C Custo do equipamento (US$) C & Taxa de usto exergétio (US$/s) CTI Custo total de investimento no iníio de operação do projeto (US$) e Exergia espeífia (kj/kg) E & Fluxo de exergia (W) F Relação ombustível/ar F & Fontes onsumidas em base exergétia (W) h Entalpia espeífia (kj/kg) h Entalpia espeífia molar, inluindo a entalpia de formação (kj/kmol) I & Irreversibilidade (W) j Taxa de desonto adotada (%) k Custo exergétio unitário m& Fluxo de massa (kg/s) n& Número de moles do omponente químio (kmol/s) N Número de anos P Pressão (kpa) P & Fontes produzidas em base exergétia (W) Q & Fluxo de alor (kw) s Entropia espeífia (kj/kg K) S Variável de onversão de tamanho ou apaidade do equipamento S & Taxa de entropia (kw) T Temperatura (ºC) Ta Temperatura referente à água (ºC) Tg Temperatura referente aos gases (ºC) TIR Taxa Interna de Retorno (%) TRI Taxa de Retorno de Investimento (%)

16 xii VAL W & x Z & Valor Atual Líquido (US$) Potênia (kw ou MW) Fração molar Taxa de usto não exergétio (US$/s) Símbolos Gregos α β o ε Fator de esala em função do tipo de equipamento Razão de ompressão Exergia químia standard (kj/kmol) δ Porentagem de irreversibilidades (%) η Efiiênia ou rendimento baseado na primeira lei da termodinâmia (%) ψ Efiiênia baseada na segunda lei da termodinâmia (%) φ Perda de pressão no troador de alor (%) μ Potenial químio (kj/kmol) Δ Referente à variação de um dado parâmetro Subsritos 0 Estado de referênia ap Referente ao approah b Referente ao bombeamento C Referente ao ompressor CC Referente à âmara de ombustão CI Custos de investimento omb Referente ao ombustível CR Referente à aldeira de reuperação DA Referente ao desaerador e Entradas dos fluxos em ada volume de ontrole ele Referente à eletriidade exp Referente ao expansor ou turbina f Referente às propriedades físias g Referente ao gerador elétrio

17 xiii ger Referente à geração gn Referente ao gás natural i, k Contadores iso Referente ao proesso isentrópio OM Operação e manutenção P Referente aos produtos de ombustão pp Referente ao pinh point Q Referente a alor q Referente às propriedades químias R Referente aos reagentes rev Referente ao proesso reversível s Saídas dos fluxos em ada volume de ontrole t Referente à total TC Troador de alor teor Referente ao valor teório TG Referente à turbina a gás TV Referente à Turbina a vapor v Referente ao volume de ontrole w Referente ao trabalho Abreviações Algas ANEEL ANP ASMAE BA BC BNDES CBEE CCPS CEG Cegas Companhia de Gás de Alagoas Agênia Naional de Energia Elétria Agênia Naional do Petróleo Administradora de Serviços do Merado Ataadista de Energia Elétria Bomba de alimentação Bomba de ondensado Bano Naional de Desenvolvimento Eonômio e Soial Companhia Brasileira de Energia Elétria Combined Cyle Power Stations Companhia Estadual de Gás do Rio de Janeiro Companhia de Gás do Ceará

18 xiv CENBIO Centro Naional de Referênia em Biomassa CGCE Câmara de Gestão da Crise de Energia Elétria CGTEE Centro de Gestão e Estudos Estratégios CNP Conselho Naional de Petróleo CNPE Conselho Naional de Polítia Energétia COMGÁS Companhia de Gás de São Paulo Compagás Companhia Paranaense de Gás CONAMA Conselho Naional do Meio Ambiente Copergás Companhia Pernambuana de Gás CSN Companhia Siderúrgia Naional DA Desaerador DNC Departamento Naional de Combustíveis ECA1 Eonomizador de alta 1 ECA2 Eonomizador de alta 2 ECB Eonomizador de baixa ECM Eonomizador de média EES Engineering Equation Solver EIA Estudo de Impato Ambiental Emsergás Empresa Sergipana de Gás EPC Engineering, Prourement and Constrution EVA Evaporador de alta EVB Evaporador de baixa EVM Evaporador de média Gasmig Companhia de Gás de Minas Gerais GE General Eletri GLP Gás Liquefeito de Petróleo IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Reursos Naturais MAE Merado Ataadista de Energia Elétria MME Ministério de Minas e Energia ONS Operador Naional do Sistema Elétrio PBGás Companhia Paraibana de Gás PCHs Pequenas Centrais Hidrelétrias PCI Poder Calorífio Inferior

19 xv PETROBRÁS Petróleo Brasileiro S.A. Potigás Companhia Potiguar de Gás PPT Programa Prioritário de Termoeletriidade RE-SEB Projeto de Reestruturação do Setor Elétrio Brasileiro SCGás Companhia de Gás de Santa Catarina SEB Setor Elétrio Brasileiro SNE Seretaria Naional de Energia STIG Steam Injeted Gas Turbine SUA Superaqueedor alta SUB Superaqueedor baixa Sulgás Companhia de Gás do Estado do Rio Grande do Sul SUM Superaqueedor média TV Turbina a vapor

20 xvi Resumo Neste trabalho são realizadas análises termodinâmias e termoeonômias apliadas a uma usina termelétria operando om gás natural. São onsideradas quatro situações: a onfiguração atual da planta, que opera om turbinas a gás em ilo aberto, e três outras onfigurações propostas para operar em ilo ombinado, om aldeiras de reuperação de 1, 2 e 3 níveis de pressão, respetivamente, assoiadas às turbinas a vapor e demais aessórios. Para fins de avaliação do desempenho são feitas análises energétia, exergétia e termoeonômia para ada uma das situações. Por outro lado, a análise termoeonômia possibilita avaliar os reflexos dos ustos de apital e ombustível na omposição dos ustos da eletriidade, segundo os métodos de aloação passíveis de serem apliados a sistemas térmios. As novas onfigurações são ainda submetidas a ténias onheidas de análise de investimentos, onluindo-se que a onfiguração om aldeira de reuperação de um nível de pressão é a que apresenta maior viabilidade eonômia. Palavras Chave: Energia, Exergia, Termoeonomia, Usina termelétria, Cilo ombinado, Gás natural.

21 xvii Abstrat In this work thermodynamis and thermoeonomis analyses are applied to a thermal power plant operating with natural gas. The analyses are realized in four ases: the urrent onfiguration of the plant, whih operates in open yle, and three other ases proposed to operate in ombined yle, with reovery boilers of 1, 2 and 3 pressure levels, respetively. In order to obtain the performane parameters, energeti and exergeti analyses for eah ase are arried out. On the other hand, the thermoeonomi analysis provides means to evaluate the influenes of the apital and fuel osts in the omposition of the eletriity osts. Tehniques of investment analysis were also applied to the new onfigurations. The results showed that the ase with heat reovery steam generator with one pressure level presented the best eonomi viability. Keywords: Energy, Exergy, Thermoeonomis analysis, Thermal power plant, Combined yle, Natural gas.

22 xviii Preâmbulo Este trabalho está inserido dentro das linhas de pesquisa do NUPLEN (Núleo de Planejamento Energétio e Cogeração) do Departamento de Engenharia Meânia da Fauldade de Engenharia de Ilha Solteira e está estruturado em 7 Capítulos e 4 Anexos, ujos onteúdos são desritos brevemente a seguir. No Capítulo 1 são mostradas as motivações que levaram à realização desse trabalho, seus prinipais objetivos e a forma omo está estruturada a dissertação. No Capítulo 2 é apresentada uma revisão bibliográfia abrangente sobre o tema e as prinipais metodologias utilizadas neste trabalho, visando sua inserção de maneira a ontribuir ientifiamente para o estudo de ilos ombinados. No Capítulo 3 é realizada uma disussão sobre a araterização das plantas termelétrias a gás natural, seus prinipais omponentes e as onfigurações típias utilizadas, a fim de propor situações ondizentes om as disponibilidades de merado. No Capítulo 4 são desritos os oneitos e metodologias apliadas no trabalho, baseados na primeira e na segunda lei da termodinâmia, e, também, a teoria do usto exergétio, visando efetuar a análise termoeonômia dos sistemas estudados. Nesse sentido, é ressaltada a análise exergétia, omo ferramenta fundamental para a apliação da termoeonomia. Neste apítulo ainda são apresentadas as metodologias para a análise da viabilidade finaneira e seus prinipais indiadores. No Capítulo 5 é feita uma desrição detalhada de ada sistema proposto para a usina que será estudada, ressaltando-se araterístias operaionais da planta e dos equipamentos, assim omo as estimativas do usto dos equipamentos e as suposições eonômio-finaneiras pertinentes. No Capítulo 6 são mostrados os resultados das avaliações a que ada aso foi submetido e são determinadas as efiiênias de primeira e de segunda lei da termodinâmia para os equipamentos e omponentes mais importantes, bem omo suas irreversibilidades e o quanto elas ontribuem para a irreversibilidade do sistema omo um todo. Neste apítulo, também são apresentados os resultados da análise termoeonômia, sendo destaados os ustos monetários dos prinipais fluxos da planta de aordo om o preço do gás natural estabeleido pelo PPT e os ustos exergétios unitários dos mesmos. Cada proposta é avaliada e omparada, permitindo estabeleer o aumento da potênia obtida e o desempenho

23 xix termodinâmio da planta para ada um dos asos. Posteriormente, são disutidos os prinipais resultados da análise eonômio-finaneira para ada aso, possibilitando estabeleer o melhor investimento do ponto de vista do empreendedor para a apliação termelétria. Finalmente, no Capítulo 7 são apresentadas algumas onlusões e reomendações, bem omo propostas de futuras avaliações de interesse, em função dos resultados obtidos. No Anexo A são abordados os aspetos gerais da produção de energia, assim omo as tendênias atuais das tenologias empregadas. No Anexo B são desritos os prinipais aspetos que envolveram a reestruturação do setor elétrio brasileiro nos últimos anos, seus prinipais agentes e programas de inentivo, bem omo os motivos que provoaram a rise energétia vivida em 2001/2002. No Anexo C são mostrados o estágio atual do merado do gás natural no Brasil e suas prinipais araterístias ténias. Por fim, no Anexo D são apresentadas algumas plantas de usinas termelétrias que utilizam ilos de vapor e ilos ombinados, mostrando as araterístias típias, bem omo os níveis de pressão e temperatura dos prinipais fluxos.

24 1 Capítulo 1 Introdução e Objetivos 1.1. Introdução O aumento do onsumo de energia aima da apaidade do setor públio em responder ao resimento dessa demanda, assim omo a rise energétia deorrente da falta de água em reservatórios das hidrelétrias, onduziu o Brasil a um panorama de inertezas quanto à garantia de oferta de energia. Uma das alternativas para suprir o défiit de eletriidade é o estímulo à geração independente e desentralizada e a partiipação de apital privado no sistema através da onstrução de pequenas entrais hidrelétrias e termelétrias, além do aumento da geração de energia elétria através da ogeração. No Anexo A são abordados os aspetos gerais da produção de energia, assim omo as tendênias atuais das tenologias empregadas e no Anexo B são desritos os prinipais aspetos que envolveram a reestruturação do setor elétrio brasileiro nos últimos anos, seus prinipais agentes e programas de inentivo, bem omo os motivos que provoaram a rise energétia vivida em 2001/2002. No que diz respeito às entrais termelétrias, houve um grande inentivo do governo para a utilização do gás natural omo ombustível, no sentido de aumentar a sua partiipação na matriz energétia brasileira, através da riação do Plano Prioritário de Termelétrias (PPT) e do aumento da rede de distribuição. Infelizmente, isso não tem oorrido om a veloidade que se desejava, devido prinipalmente ao usto ainda relativamente alto do gás natural. Vale destaar que grande parte das termelétrias brasileiras a gás natural onstruídas reentemente foi projetada para operar em ilo ombinado, embora, em uma primeira etapa, geralmente são oloadas em operação em ilo aberto. Devido à forma de ontrato de forneimento de gás natural através do Gasoduto Bolívia-Brasil (take or pay) e, também, devido a não ameaça de uma nova rise energétia, não tem havido uma preoupação e/ou pressa do governo em realizar investimentos para a mudança da forma de operação de suas termelétrias a gás natural, mesmo sabendo-se que existe um grande desperdíio de energia na operação em ilo aberto. Assim, a ontribuição do presente estudo é a proposição e disussão de alternativas baseadas em sistemas de ilo ombinado para o aproveitamento dos gases de exaustão das turbinas a gás em uma usina termelétria, evideniando as vantagens termodinâmias de ada situação estudada através das análises energétia, exergétia e termoeonômia, em

25 2 ontrapartida a outros fatores que devem ser avaliados do ponto de vista eonômio, omo o usto de venda da eletriidade gerada, o preço de aquisição do gás natural e o preço de equipamentos no merado Objetivos Entre os objetivos do presente trabalho podem ser destaados os estudos termodinâmios para plantas de potênia de uma usina termelétria que opera om gás natural, onsiderando diferentes onfigurações. Serão feitas análises energétias, exergétias e termoeonômias para ada uma das situações, a fim de avaliar o desempenho das plantas, bem omo os ustos de produção de eletriidade e a viabilidade eonômia das mesmas. As onfigurações propostas onsistem na utilização do ilo ombinado para o aproveitamento da energia dos gases das turbinas a gás que operam em ilo aberto e são baseadas nas tenologias e araterístias onstrutivas dispostas na literatura, bem omo na planta da Usina Termelétria de Três Lagoas (PETROBRÁS). As modifiações a serem implementadas são baseadas na inorporação de turbinas a vapor e de aldeiras de reuperação às turbinas a gás existentes. Para a realização das análises, neste trabalho são onsideradas quatro situações: a onfiguração que opera om turbinas a gás em ilo aberto, e três outras onfigurações para operar em ilo ombinado, om aldeiras de reuperação de 1, 2 e 3 níveis de pressão, respetivamente, assoiadas às turbinas a vapor e demais aessórios. As modelagens dos três ilos ombinados propostos diferem basiamente nos níveis de pressão da aldeira de reuperação, no número de turbinas a vapor e nas araterístias de alguns equipamentos auxiliares, omo o desaerador e as bombas. O parâmetro que se mantém inalterado em todos os ilos propostos é o fluxo dos gases de exaustão provenientes das turbinas a gás. A partir desse parâmetro, a energia desses gases pode ser mais bem aproveitada, dependendo das araterístias da aldeira de reuperação. Entretanto, essas araterístias influeniam diretamente na omplexidade dos equipamentos, nos ustos de investimento, na elaboração do projeto, na onstrução e manutenção, sendo neessário um estudo uidadoso da tenologia a ser apliada. Após a implementação das equações para ada equipamento é possível se estabeleer a quantidade de vapor produzida forneendo omo dados de entrada os estados do vapor desejado em ada onfiguração e aproveitar esse vapor para produzir potênia na turbina a

26 3 vapor. A pressão de saída nas turbinas a vapor de ondensação é mantida igual para todos os ilos propostos. Como resultado da modelagem, são apresentadas as propriedades termodinâmias dos fluidos nos prinipais estados do ilo, os fluxos mássios de ar atmosfério, ombustível e vapor d água, os valores de potênia e as efiiênias de primeira e de segunda lei, inluindo a taxa de irreversibilidade em ada omponente da instalação e, também, os ustos exergétios alulados na análise termoeonômia. Mesmo que as vantagens termodinâmias sejam explíitas, deisões sobre investimentos em sistemas de geração de eletriidade e ogeração requerem avaliações eonômias que justifiquem a implantação de novas plantas. Para isso, são avaliados e omparados alguns indiadores eonômios típios desses tipos de instalações, omo: Valor Atual Líquido (VAL), Taxa de Retorno de Investimento (TRI) e Taxa Interna de Retorno (TIR).

27 4 Capítulo 2 Revisão da Literatura Estudar alternativas que melhorem os atuais ilos termodinâmios em plantas de potênia e alor, aumentando a efiiênia energétia e diminuindo seus ustos de geração elétria e de vapor, são os objetivos de vários trabalhos que têm omo base análises energétias, exergétias e eonômias de sistemas térmios. Muitas são as apliações dos sistemas de potênia, espeialmente na indústria de geração de energia elétria. Nesse ontexto, pode-se destaar a tenologia de turbinas a gás e aldeiras de reuperação apliadas à geração de energia elétria ou em instalações de ogeração. Foram analisados diversos estudos e pesquisas sobre sistemas de potênia, enfoando um amplo panorama, isto é, apliações termodinâmias, termoeonômias e de engenharia eonômia. Existem vários livros sobre o assunto que servem omo base para qualquer tipo de estudo espeífio, sendo que dentre eles podem ser itados: Orlando (1991), Kotas (1995), Bejan et al. (1996), Horlok (1992 e 1997), Kharthenko (1998), Balestieri (2002) e Lora & Nasimento (2004). A seguir serão feitos alguns omentários sobre alguns artigos que trouxeram alguma ontribuição para o presente trabalho. Valero & Lozano (1994) apresentaram uma apliação da teoria do usto exergétio, atribuindo ustos aos fluxos de um sistema energétio e aos insumos e produtos dos diversos omponentes do mesmo. Foi proposta uma simbologia exergoeonômia para otimização do projeto de sistemas térmios omplexos, utilizando multipliadores de Lagrange. Com este objetivo, foi onfigurado um sistema básio de uma turbina a gás om ilo de ogeração, para ilustração da metodologia. No aso, foi definida uma função objetivo e, por meio da apliação da teoria do usto exergétio, foi proposta uma solução para o problema. A informação obtida através desta metodologia foi utilizada para tratamento e análise termoeonômia do sistema, om o objetivo de obter eonomia e melhorar as araterístias do sistema. Seyedan et al. (1995) desenvolveram um programa para a análise de plantas de potênia de ilo ombinado, om o ilo a vapor om dois níveis de pressão que requer omo dados de entrada as urvas araterístias dos equipamentos da instalação. Para a avaliação do proesso nos troadores de alor, foi utilizado o oneito de efetividade. O valor da efetividade foi obtido om a avaliação do oefiiente global de transferênia de alor,

28 5 alulado através de orrelações empírias. A perda de arga nestes equipamentos também foi alulada om a utilização de orrelações obtidas experimentalmente. Todos os equipamentos da instalação foram tratados de forma modular e a onfiguração da instalação em análise foi obtida a partir da ombinação dos módulos. Para a solução de todas as variáveis envolvidas, utilizou-se o método seqüenial iterativo em onjunto om a solução de um sistema de equações não-lineares. Em ada iteração, os proessos ao longo dos omponentes foram avaliados seqüenialmente (as propriedades do fluido na saída de um equipamento orrespondem às propriedades na entrada para o omponente seguinte), enquanto que a solução do sistema não-linear fornee os valores para a próxima iteração. Carvalho & Nogueira (1996) elaboraram uma revisão sobre os ustos de manutenção pratiados em entrais termelétrias e utilizaram a termoeonomia em uma entral a vapor, onsiderando sobretudo aspetos de interesse ao planejamento da manutenção. Com a metodologia apliada foi possível definir limites ideais de desempenho dos equipamentos, a partir dos quais uma intervenção nos mesmos seja eonomiamente viável, permitindo agregar uma visão exergétia ao planejamento da manutenção. Guarinello Júnior (1997) determinou os ustos exergétios e monetários num sistema de turbina a gás e aldeira de reuperação utilizando ilo simples e ilo STIG (Steam Injeted Gas Turbine) para produção de vapor e energia elétria em um pólo industrial do nordeste om o propósito de venda de exedentes. Neste trabalho foram utilizados dois métodos de partição de ustos: o método da extração e o método da igualdade, demonstrando que os ustos, tanto exergétios quanto monetários, são maiores para o ilo STIG. Foi destaada ainda a flexibilidade desse tipo de sistema na produção de eletriidade ou vapor. Além disso, foram alulados parâmetros eonômios para o estudo da viabilidade de implantação da planta de ogeração em questão om duas alternativas de finaniamento: na situação de autofinaniamento e finaniamento através do BNDES. Negri et al. (1997) realizaram uma análise de uma usina termelétria om turbina a gás a partir da apliação dos oneitos da segunda lei da termodinâmia e identifiaram as efiiênias e os ustos dos seus diversos equipamentos, observando que o usto espeífio no ompressor é maior que o usto da energia elétria, indiando uma signifiativa absorção de trabalho no ilo e sugerindo que qualquer melhoria desse equipamento aponta para a redução do usto final da energia elétria produzida. Barreda Del Campo et al. (1998) estudaram o sistema de ogeração de uma usina suroalooleira que fornee exedentes de energia para a rede elétria. Além de determinar as propriedades termodinâmias dos diferentes fluxos do sistema, foram determinados balanços

29 6 de massa, energia e exergia. Além disso, eles realizaram uma omparação das efiiênias baseadas na primeira e segunda lei, mostrando a utilidade desta última na avaliação de um sistema real e omo elemento importante para deisão de melhorias das plantas térmias ao evideniar os equipamentos de maiores irreversibilidades e, onseqüentemente, a perda de oportunidades de geração de energia elétria. Vieira & Oliveira Júnior (1998) apresentaram uma avaliação termoeonômia de sete módulos de geração termelétria e ogeração, esolhido om base no binômio tenologiaombustível. As onfigurações foram analisadas em três ondições de operação: om fator de apaidade máxima, om meia arga e om 25% da arga elétria nominal. A análise termoeonômia foi onduzida para a valorização dos ustos espeífios dos produtos gerados (eletriidade e vapor ou gases de esape), apliando-se os métodos de partição, da igualdade e da extração. Azola & Andrade (1999) apresentaram uma metodologia para a internalização dos ustos de investimento e operação para as diversas tenologias de usinas termelétrias disponíveis no merado mundial. Foi apresentada uma estrutura de ustos por tipo de tenologia e o usto de geração adaptado às ondições loais. Através do levantamento dessas informações foi feita uma avaliação dos vários aspetos que influeniam a implantação de novas usinas termelétrias. Cerqueira (1999) estudou as quatro prinipais metodologias termoeonômias (Análise Funional Termoeonômia, Teoria do Custo Exergétio, Exergoeonomia e Metodologia Estrutural), através da apliação a um problema de ogeração. Foi analisada a influênia da divisão da exergia em parelas térmia e meânia para a determinação dos ustos dos produtos do sistema. Os diferentes tratamentos dados aos ustos das irreversibilidades externas, advindas da saída para o ambiente de orrentes portadoras de exergia, revelaram-se esseniais para eslareer os diferentes valores dos ustos dos produtos do sistema. Negri & Vieira (1999) apresentaram detalhes de requisitos ténios e omeriais para análise e seleção de projetos termelétrios de ilo ombinado. A ontratação da usina via bloo de geração ou através da aquisição de EPC (Engineering, Prourement and Constrution) é uma dessas etapas que visa o desenvolvimento de um projeto ténio ompetitivo e eonomiidade, além da transferênia de tenologia. Com base em uma experiênia de seleção e lassifiação de um projeto de EPC para uma usina termelétria om ogeração de energia elétria e vapor, foram apresentados os requisitos ténio-eonômios. Logrado (2000) desenvolveu uma ferramenta omputaional para análise e otimização termoeonômia de turbinas a gás e ilos ombinados. O modelo termoeonômio proposto

30 7 baseia-se na teoria do usto exergétio para a determinação da importânia de ada omponente do sistema de aordo om o ponto de vista termoeonômio. Destaa-se o modelo eonômio implementado, o qual permite fazer estimativas de apital investido e análise temporal do investimento. Os modelos apresentados foram testados usando-se dados disponíveis na literatura e, a partir destes testes, alguns parâmetros dos modelos foram ajustados, destaando a metodologia de determinação dos ustos dos equipamentos que ompõem o ilo. Ainda foram analisadas quatro instalações reais, uma usina om turbina a gás e outras três usinas om ilo ombinado. Attala et al. (2001) onstruíram uma ferramenta para a análise termoeonômia e otimização de plantas térmias de potênia para a apliação em projetos reais. O modelo utiliza três programas e um onjunto de orrelação de ustos através do qual é estimada a realização dos ustos de uma planta de potênia em ilo ombinado, em função dos parâmetros onstrutivos e de operação. Espírito Santo (2001) apresentou alguns métodos lássios de representação matemátia de proessos físios envolvidos em plantas térmias de geração de eletriidade, desenvolvendo a ompilação omputaional dos métodos para permitir o tratamento de novas situações para analisar o desempenho fora da situação de projeto, verifiando parâmetros de influênia. Entre os asos onsiderados, destaa-se o estudo de uma termelétria em ilo ombinado om dois níveis de pressão. Os resultados obtidos revelaram a possibilidade de otimização da planta térmia e permitiram mensurar os benefíios da implementação de novos sistemas ou da melhora do desempenho dos sistemas existentes. Lima (2001) fez uma avaliação ténia-eonômia de arranjos de plantas de ogeração em unidades siderúrgias brasileiras utilizando simulação omputaional. O objetivo foi identifiar enários, alternativas variáveis esseniais para orientar a deisão na esolha do melhor arranjo ajustado às neessidades de demanda e onsumo. Os parâmetros identifiados foram os ustos do ombustível e da eletriidade omprada e valor da venda de exedentes, em diversas onfigurações. O estudo da inserção do gás natural, omo omplemento aos gases residuais já disponíveis nesse tipo de instalação, também foi verifiado e se mostrou bastante atrativo. Ramos et al. (2001) analisaram a questão da oneituação, identifiação e gereniamento dos risos, para geradores termelétrios, no atual ontexto da inserção das plantas termelétrias movidas a gás natural no parque gerador interligado brasileiro. Foram apresentadas também onsiderações sobre os risos finaneiros inorridos de operações no MAE (Merado Ataadista de Energia) e de seu gereniamento, onluindo-se que a

31 8 imprevisibilidade quanto à previsão de huvas é a prinipal omponente da inerteza sobre os agentes do setor, devendo-se ser estimada om preisão sufiiente para a tomada de deisão. Pinhel et al. (2001) abordaram aspetos de riso e de retorno para usinas termelétrias, onsiderando diferentes níveis de flexibilidade da usina e parelas da apaidade ontratadas no longo prazo, através das araterístias ténio-eonômias do investimento (efiiênia energétia, ustos fixos, ustos variáveis, estrutura e usto de finaniamento, et.), onluindo que a flexibilidade de operação tem um papel importante na atratividade do investimento e, onseqüentemente, na redução dos risos para o investidor. Assim, alternativas de aumento da flexibilização da operação devem ser priorizadas, itando omo exemplo a estratégia de ogeração (usando a parela inflexível do ontrato de gás para atender a demanda de energia e vapor do onsumidor) e o inentivo ao desenvolvimento do merado seundário de gás, permitindo ontratos de gás om níveis menores de take or pay e, em onseqüênia, maior flexibilização na operação das termelétrias. Modesto & Nebra (2002) realizaram uma análise energétia e exergétia numa aldeira de reuperação utilizada num projeto de sistemas de turbina a gás operando em dois tipos de ilos, simples e STIG. Foram estudados todos os omponentes da aldeira de reuperação identifiando as irreversibilidades de ada um e sua influênia na irreversibilidade total da aldeira. Com isso foi possível fazer um diagnóstio do desempenho térmio da aldeira, permitindo exeutar melhorias nos equipamentos para aumentar a performane. Arrieta & Lora (2003) realizaram um estudo da influênia da temperatura ambiente sobre o desempenho de uma planta de potênia operando em ilo ombinado om duas turbinas a gás que produzem 175 MW ada e uma turbina a vapor que produz 254 MW. O estudo mostrou que na faixa de temperaturas de 0 a 35 ºC pode oorrer uma variação de até 75 MW na potênia do ilo e de 3,4 % na efiiênia do ilo. Também foi mostrada a utilização da queima suplementar omo uma alternativa para a diminuição da potênia em deorrênia da temperatura ambiente. Sánhez Prieto (2003) realizou uma detalhada análise energétia e exergétia, visando determinar as efiiênias baseadas na primeira e na segunda lei da termodinâmia para os prinipais equipamentos de duas plantas de usina suroalooleira, bem omo o onsumo de ombustível envolvido, além de alguns índies de desempenho típios de sistemas de ogeração. O objetivo fundamental da avaliação foi determinar os ustos dos prinipais fluxos do sistema, onsiderando os ustos omo se fosse uma instalação nova, om taxa de juros de 15% ao ano e um período de amortização de 15 anos. Foi avaliada a variação do usto do

32 9 bagaço e sua influênia nos ustos dos fluxos da planta e dada ênfase na potênia elétria e nos índies de desempenho. Modesto (2004) analisou o sistema de geração de potênia da Companhia Siderúrgia de Tubarão e formulou uma proposta de repoteniamento utilizando metodologias de análise termoeonômia. A análise foi feita no atual sistema de geração omposto por três onfigurações de Cilo Rankine Regenerativo, supridas por gases siderúrgios residuais do proesso de fabriação do aço. Foram omparados os ustos em ondições de projeto e de operação do sistema. A proposta de repoteniamento para este sistema foi baseada no ilo ombinado, onsiderando-se a disponibilidade de gases para geração e a demanda de energia para a usina siderúrgia. Foram formuladas três propostas de ilos ombinados om aldeiras de reuperação om um, dois e três níveis de pressão de geração de vapor e realizada uma análise dos diferentes parâmetros que influeniam no desempenho destas. As propostas de ilo ombinado foram avaliadas através da Teoria do Custo Exergétio e da Análise Funional Termoeonômia, determinando-se os ustos exergétio e monetário de produção de potênia, sendo omparadas entre si e em relação ao sistema atual. Foi observado que a análise funional, que utiliza o oneito de junção e distribuidores de exergia e neguentropia, possibilita uma distribuição mais realista entre os equipamentos onsumidores de exergia do sistema que a teoria do usto exergétio. Foi observado, também, que o ilo ombinado de três níveis de pressão é o que tem o menor usto exergétio dentre os ilos analisados.

33 10 Capítulo 3 Caraterização de Plantas Termelétrias a Gás Neste apítulo serão desritos os prinipais equipamentos e aessórios utilizados na geração termelétria a gás, bem omo algumas onfigurações típias de plantas termelétrias, dando mais ênfase para a operação em ilo ombinado por ser tratar de um arranjo mais omplexo e de maior rendimento Prinipais Equipamentos Utilizados em Plantas Termelétrias a Gás Turbinas a Gás A primeira turbina a gás eonomiamente viável foi onstruída em 1911 e é reditada a Holzworth. Na déada de 1930, ingleses e alemães utilizaram om suesso as turbinas a gás em aeronaves. No entanto, o grande impulso em seu desenvolvimento foi dado pelos Estados Unidos durante a Segunda Guerra Mundial. De 1940 a 1980, elevou-se a durabilidade das turbinas a gás e a temperatura de entrada dos gases. Este aumento possibilitou um arésimo no rendimento termodinâmio e está relaionado om a resistênia dos materiais a elevadas temperaturas, quando sujeitos a grandes esforços. Durante muito tempo, o uso da turbina a gás destinou-se à propulsão das aeronaves e neste proesso oorreram os maiores progressos no aumento de sua efiiênia térmia. Com o aumento da demanda de energia elétria, nos anos próximos a 1980, as turbinas a gás passaram a ser utilizadas em entrais geradoras de eletriidade, onorrendo om suesso om as plantas om turbinas a vapor, devido ao seu usto menor e às failidades de instalação, operação e manutenção. De 1965 a 1975, a apaidade de instalação de turbinas a gás nos Estados Unidos aumentou extraordinariamente, devido às vantagens já menionadas e à possibilidade de utilizar o gás natural. No entanto, o hoque do petróleo de 1973 reduziu o interesse pela geração termelétria, provoando uma estagnação nos investimentos em turbinas a gás e apenas as turbinas aeroderivativas prosseguiram, por razões militares. Desta forma, a apaidade instalada permaneeu estável até 1985, quando foram retomados os investimentos. Um exemplo de uma turbina a gás pode ser visto na Figura 3.1 (Lora & Nasimento, 2004).

34 11 Figura 3.1 Representação esquemátia de uma turbina a gás. Podem ser distinguidos três omponentes prinipais em uma turbina a gás: o ompressor, o sistema de ombustão e a turbina propriamente dita, esta última sendo a fonte de aionamento tanto do ompressor omo do gerador de energia elétria. O ar, nas ondições atmosférias de pressão e temperatura, é admitido no ompressor, onde é omprimido até à pressão de ombustão e passa para a âmara de ombustão, onde o ombustível é queimado ontinuamente sob pressão onstante. Os gases aqueidos passam pela turbina produzindo trabalho meânio, depois transformado em energia elétria em um grupo gerador. Após essa expansão, os gases são liberados para a atmosfera, no aso de operação em ilo aberto, ou podem ser utilizados omo fonte de alor em sistemas de ilo ombinado. Quase toda a energia que não é onvertida em potênia na turbina é rejeitada nos gases de exaustão. Então, esses gases, que são relativamente livres de impurezas e que apresentam altas temperaturas, podem ser reaproveitados por uma aldeira de reuperação (Orlando, 1991). A evolução tenológia de turbinas e sistemas para gás natural é essenial para o melhoramento da geração térmia e ogeração, e os prinipais desenvolvimentos apontam para (CGTEE, 2003): Aumento dos níveis de temperatura e da efiiênia das turbinas de grande potênia (heavy-frame), superando a tenologia hoje existente (lasse F-FA) que admite temperaturas na faixa de ºC, om 56-57% de efiiênia em ilo ombinado, om a utilização da ténia de resfriamento das palhetas, entretanto, se esperam atingir temperaturas de até 1430 ºC e efiiênia de 60%; Turbinas om reaqueimento, ontrole de emissão de NO x e a utilização de novos materiais devem atingir rendimento de até de 70%;

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