Ronald Schwanke Eng. Químico, MSc. Coord. Técnico Plataforma de Energia e Emissões Consultor em Eficiência Energética e Emissões Atmosféricas

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2 Ronald Schwanke Eng. Químico, MSc. Coord. Técnico Plataforma de Energia e Emissões Consultor em Eficiência Energética e Emissões Atmosféricas

3 PLATAFORMAS TECNOLÓGICAS

4 PLATAFORMA EQUIPE TÉCNICA 18 CONSULTORIAS Plano de teste de queima Inventário de emissões de GEE, SDO e EA Avaliação da Qualidade do Ar Eficiência Energética Térmica Avaliação de Purgadores Avaliação de Ruído ambiental LABORATÓRIOS Emissões Atmosféricas Combustíveis não Convencionais Qualidade do ar Higiene Ocupacional colaboradores PESQUISA Valoração energética de resíduos sólidos Biomassa e Combustíveis não convencionais

5 MEDIDAS DE ECONOMIA E DE EFICIÊNCIA NO USO DA BIOMASSA PARA ENERGIA TÉRMICA

6 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS 3. MEDIDAS DE ECONOMIA 4. MEDIDAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA 5. RESULTADOS 6. CONCLUSÃO

7 1. INTRODUÇÃO CALOR: Utilizado nos processos de fabricação em diversos setores industriais VAPOR DE ÁGUA: vetor de transporte de energia térmica facilmente disponível Incombustível, limpa e inodora pouco agressiva quimicamente baixo preço grande capacidade de transporte de energia BEN: ~ 50% da energia demandada pela indústria está associada ao vapor

8 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS RENDIMENTO DO GERADOR DE VAPOR

9 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS RENDIMENTO DO GERADOR DE VAPOR Método Direto Fonte:

10 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS RENDIMENTO DO GERADOR DE VAPOR Método Direto Consumo de combustível Q total = (m comb. * PCI) Produção de vapor Q útil = D * (h vapor h água ) Figura 3 Esteira de alimentação Disponível em: Acesso em 17/10/16 Figura 4 Medidor de vazão de vapor Disponível em: Acesso em 17/10/16

11 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS RENDIMENTO DO GERADOR DE VAPOR Método Indireto Consumo de combustível Q total = (m comb. * PCI) Perdas pela chaminé Combustível não convertido no MP Gases de combustão incompleta (CO) Temperatura dos gases secos Vapor de umidade e de reação Perdas por purgas Impurezas da água Perdas associadas às cinzas Combustível não convertido nas cinzas Temperatura nas cinzas Perdas de convecção e radiação de calor Superfícies aquecidas

12 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS CUSTOS ENERGÉTICOS Água e tratamento químico Energia Elétrica Mão de obra dos operadores Manutenção e depreciação Custos administrativos Combustível 80%

13 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS CUSTOS ENERGÉTICOS Redução nos custos energéticos Combustível 80% Seleção da matriz energética Propriedades do combustível

14 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS Quanto custa gerar 1 ton de vapor saturado a 10 bar? ΔH vap = H H H = 663,9 kcal/kg H = 30,1 kcal/kg ΔH vap = kcal/ton vapor Disponível em: Acesso em 17/10/16

15 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS Quanto custa gerar vapor saturado a 10 bar? Tabela 1 Poder Calorífico Inferior de combustíveis Combustível PCI Cavaco de eucalipto (40% água) kcal/kg *Óleos pesados (1A a 4A) kcal/kg a kcal/kg *Gás Natural kcal/m 3 *GLP **CO (Monóxido de Carbono) Resíduos com potencial energético kcal/kg kcal/kg --- Fonte: Eficiência Energética no Uso de Vapor *Fonte: BEN 2016 / ano base 2015 **Fonte: PROCEL INDÚSTRIA ELETROBRÁS

16 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS Quanto custa gerar vapor saturado a 10 bar? Tabela 2 Custo de combustíveis por unidade de medida Combustível R$/Unidade 2015 Unidade Óleo combustível 1.298,00 ton GLP 3.706,00 ton Gás Natural 1.472, m 3 *Cavaco de eucalipto (40% água) 33,00 m 3 Fonte dos dados: BEN 2016 / ano base 2015 * Fonte: fornecedor de biomassa

17 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS Quanto custa gerar vapor saturado a 10 bar? ΔH vap = kcal/ton vapor GLP ƞ 90% 236,00 R$ 234,00 R$ / ton vapor Gás Natural ƞ 90% 116,00 R$ 118,00 R$ / ton vapor Óleo Combustível ƞ 85% R$ 104,00 104,00 R$ / ton vapor Cavaco de eucalipto 40% BU ƞ 63% Disponível em: Acesso em 17/10/16 32,00 R$ 39,00 R$ / ton vapor

18 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS RENDIMENTO DE UM GERADOR DE VAPOR Método Direto CASE: Uma caldeira consome 6 m 3 /h de cavacos a 40% de umidade e produz 5 ton/h de vapor saturado a 10 bar de pressão. Temperatura da água de alimentação = 30 C. Qual o rendimento da caldeira? d comb. = 350 kg/m 3 m comb. = kg/h PCI = kcal/kg D vapor = 5 ton/h h vapor = 663,9 kcal/kg h água = 30,1 kcal/kg Q total = m comb. x PCI Q total = kcal/h = 5,9 MW Q útil = D vapor x (h vapor h água ) Q útil = kcal/h = 3,7 MW η = (Q útil / Q total ) * 100

19 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS RENDIMENTO DE UM GERADOR DE VAPOR Rendimento = 63%

20 2. RENDIMENTO E CUSTOS ENERGÉTICOS Quanto custa gerar vapor saturado a 10 bar? Caldeira 5 ton vapor / h operando h/a Produção = ton vapor /h Cavaco de eucalipto 40% BU ƞ 63% R$ 39,00 / ton vapor ,00 R$ / ano R$ ,00 / ano Disponível em: Acesso em 17/10/16

21 3. MEDIDAS DE ECONOMIA Quanto custa gerar vapor saturado a 10 bar? Cavaco de eucalipto 40% BU ƞ 63% 39,00 R$ / ton vapor ,00 R$ / ano É POSSÍVEL REDUZIR MAIS? 1 m 3 cavaco [20% um] a R$42,00 1 m 3 cavaco [40% um] a R$33,00 R$42,00

22 3. MEDIDAS DE ECONOMIA Quanto custa gerar vapor saturado a 10 bar? Tabela 3 Variação do PCI de cavacos em função do teor de umidade Fonte: Eficiência Energética no Uso de Vapor PROCEL INDÚSTRIA ELETROBRÁS

23 3. MEDIDAS DE ECONOMIA Quanto custa gerar vapor saturado a 10 bar? 1 m 3 cavaco a 40% umid. = kcal 1,18 m 3 cavaco / ton vapor 1 m 3 cavaco a 20% umid. = kcal 0,84 m 3 cavaco / ton vapor

24 3. MEDIDAS DE ECONOMIA Quanto custa gerar vapor saturado a 10 bar? Cavaco de eucalipto 40% BU ƞ 63% R$ ,00 / ano Cavaco de eucalipto 20% BU ƞ 63% R$ ,00 / ano ECONOMIA R$ ,00 / ano 9,5%

25 4. MEDIDAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EFICIÊNCIA ENERGÉTICAS 5T Perdas pela chaminé Combustível não convertido no MP Gases de combustão incompleta (CO) Temperatura dos gases secos Perdas associadas à combustão e ao combustível Excesso de ar Carbono nas cinzas Combustível + Comburente Gases de combustão Figura 6 Esquema básico de uma caldeira Disponível em: pt.slideshare.net. Acesso em 18/10/16

26 4. MEDIDAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Perdas pela chaminé EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Combustível não convertido no MP PCI MP = 4804 kcal/kg ECONOMIA R$ ,00 /ano 1,6% Fonte: Elaborado pelo autor

27 4. MEDIDAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Perdas pela chaminé Gases de combustão incompleta (CO) PCI CO = 2412 kcal/kg ECONOMIA R$ ,00 / ano 0,8% Fonte: Elaborado pelo autor

28 4. MEDIDAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Perdas pela chaminé EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Temperatura dos gases secos ECONOMIZADOR: trocador de calor para aquecimento da água de alimentação Figura 7 Economizador Figura 8 Esquema de troca térmica Disponível em: Acesso em 18/10/16 Disponível em: pt.slideshare.net. Acesso em 18/10/16 A cada 6 C de acréscimo de temperatura de água de alimentação da caldeira, a economia estimada de combustível é de 1%

29 4. MEDIDAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Perdas pela chaminé Temperatura dos gases secos EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Cavaco de eucalipto 40% BU ƞ 63% 39,00 R$ / ton vapor ,00 R$ / ano T ch = 200 C T água e = 30 C T água s = 70 C ΔT = 40 C ECONOMIA R$ ,00 / ano 6,7%

30 4. MEDIDAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Perdas associadas à combustão e ao combustível Excesso de ar ECONOMIA R$ ,00 / ano 7,2% Fonte: Elaborado pelo autor

31 4. MEDIDAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Perdas associadas à combustão e ao combustível Carbono nas cinzas ECONOMIA R$ 4.300,00 / ano 0,3% Fonte: Elaborado pelo autor

32 5. RESULTADOS POR MEDIDAS DE ECONOMIA Medida RESUMO DOS RESULTADOS Tabela 4 Consumo na condição inicial e proposta Substituir combustível por cavacos mais secos Consumo na condição inicial Consumo na condição proposta R$ ,00 R$ ,00 Tabela 5 Resultado por medida de economia Economia / ano % R$ ,00 9,5%

33 5. RESULTADOS RESUMO DOS RESULTADOS POR MEDIDAS DE EFICIÊNCIA Tabela 6 Economia por medidas de eficiência Oportunidade Economia / ano % Reduzir excesso de ar R$ ,00 7,2% Aproveitar temperatura dos gases R$ ,00 6,7% Reduzir combustível não convertido no MP R$ ,00 1,6% Reduzir gases de comb. incompleta (CO) R$ ,00 0,8% Reduzir carbono nas cinzas R$ 4.300,00 0,3% TOTAL R$ ,00 16,6%

34 5. RESULTADOS RENDIMENTO DO GERADOR DE VAPOR Condição inicial Rendimento = 63%

35 5. RESULTADOS RENDIMENTO DO GERADOR DE VAPOR Condição Proposta Rendimento = 79%

36 6. CONCLUSÃO Cada vez mais se torna evidente que usar bem energia e reduzir desperdícios, além de ser possível, é uma postura inteligente, racional, com vantagens econômicas, sociais e ambientais em vários níveis. Entretanto, uma das carências mais relevantes para concretizar ações nesta direção tem sido a falta de informações para os usuários e responsáveis pelos sistemas energéticos. Cumpre auxiliar o entendimento do funcionamento desses sistemas a vapor, habilitando sua concepção, operação e manutenção cada vez mais eficientes.

37 Ronald Schwanke Instituto SENAI de Tecnologia Ambiental Blumenau/SC Fone

38 SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DE SANTA CATARINA FIESC - CIESC - SESI - SENAI - IEL sc.senai.br Rodovia Admar Gonzaga, 2765 Itacorubi Florianópolis, SC