MÁQUINAS TÉRMICAS AT-101

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Curso de Engenharia Industrial Madeireira MÁQUINAS TÉRMICAS AT-101 Dr. Alan Sulato de Andrade 1

2 HISTÓRICO: O desenvolvimento da tecnologia de cogeração teve seu início no final do século XIX, quando se passou a gerar e a utilizar as mais diversas formas de energia. A cogeração chegou a ser muito usada nas indústrias inicialmente, perdendo depois a competitividade para a eletricidade produzida pelas concessionárias nas grandes centrais geradoras com ganhos de escala. Assim, a co-geração ficou limitada a sistemas isolados (plataformas submarinas ou em alto mar) e indústrias com resíduos combustíveis (canavieira e de papel e celulose, por exemplo). HISTÓRICO: Nas últimas décadas, porém, um novo modelo do setor elétrico voltou a estimular a produção elétrica local que fosse mais eficiente e de baixo custo, levando ao aperfeiçoamento da tecnologia da cogeração, inclusive para pequeno e médio porte. 2

3 HISTÓRICO: Após a década de 80, foi que a cogeração teve seu real reconhecimento, isto devido ao aumento do consumo de energia e a busca do aumento da eficiência dos combustíveis utilizados. 150US$ Principais fatores do desenvolvimento de cogeração HISTÓRICO: Os projetos de cogeração utilizam, em sua grande maioria, biomassa ou gás natural como combustível. A primeira situação já está bem consolidada, já a segunda se depara com algumas incertezas, principalmente relacionadas com o custo do combustível. 3

4 DEFINIÇÃO: Cogeração consiste na tecnologia de produção combinada e seqüencial de potência (energia elétrica ou mecânica) e energia térmica útil (calor), destinandose ambas ao consumo próprio ou de terceiros, proveniente de qualquer ciclo termodinâmico e qualquer que seja a fonte de energia. DEFINIÇÃO: Q perdido Q combustível W efetuado Q perdido Q transferido Q utilizado Definição esquemática de cogeração 4

5 DEFINIÇÃO: O termo pode ser encontrado como CHP (Combined Heat and Power) OUTRAS DEFINIÇÕES: Trigeração: Quando há produção de energia elétrica, refrigeração e também energia térmica. Poligeração: Produção de energia elétrica, mecânica, energia térmica e produtos químicos. Ex.: CO 2, que pode ser separado dos gases de combustão. 5

6 CARACTERÍSTICAS: Visa principalmente o uso eficiente da energia. Comparado a sistemas convencionais, apresenta alta eficiência térmica (80%), conseqüentemente baixas perdas (20%). Dependendo da configuração do sistema, apresenta grande flexibilidade quanto ao combustível a ser utilizado. CARACTERÍSTICAS: 6

7 CARACTERÍSTICAS: Os sistemas de cogeração mais utilizados são compostos por turbina a gás, turbina a vapor, motor alternativo e célula de combustível, ambos apresentando diferenças entre os rendimentos elétricos e térmicos obtidos. No entanto, todos eles têm em comum um aproveitamento útil da energia primária extremamente elevado. PARTES COMPONENTES: As principais partes componentes de um sistema de cogeração são: Unidade Geradora Consumo Primário Turbina ou Motor Trabalho Caldeira ou Câmara de Combustão Consumo Secundário Processo 7

8 CLASSIFICAÇÃO: A classificação dos sistemas de cogeração são normalmente realizados segundo: Tipo de Sistema, Condições de emprego, Tipo de energia gerada. SISTEMAS DE : MOTOR ALTERNATIVO 8

9 SISTEMAS DE : TURBINA A VAPOR SISTEMAS DE : TURBINA A GÁS 9

10 SISTEMAS DE : COMBINADO UTILIZAÇÃO: Estes sistemas são usados principalmente para a geração de energia elétrica e fornecimento de energia térmica em industrias petroquímicas, de alimentos, celulose e papel entre outras. 10

11 VANTAGENS: País: Economia de energia primária, diversidade de produção energética, redução dos níveis globais de poluição. Companhias geradoras: Aumento da oferta de energia disponível, substituição de unidades geradoras de alto custo. Cogerador: Garantia no fornecimento de energia, ganhos econômicos, aproveitamento de resíduos combustíveis; DESVANTAGENS: País: Necessidade de regulamentação, infra-estrutura de transmissão. Companhias geradoras: Ajuste na distribuição de energia pela rede, menor mercado. Cogerador: Investimentos adicionais. 11

12 MICROCHP - MICRO- Uma nova tendência. A instalação é geralmente em uma casa ou em pequenas empresas. Em vez de queimar combustível apenas para aquecimento do ambiente ou simplesmente da água, parte da energia é convertida em eletricidade. Esta energia elétrica pode ser utilizados dentro de casa ou nas empresa, ou (se for permitido pela rede de gestão-governo) vendidos de volta para a rede de energia elétrica. MICROCHP - MICRO- As instalações atuais podem usar cinco diferentes tecnologias: micro-turbinas, motores de combustão interna, motores stirling de ciclo fechado, motores a vapor e as células de combustível. 12

13 MICROCHP - MICRO- EQUAÇÕES: São obtidas à partir do balanço de massa e energia do sistema. Iguais a GV, TV e TG. = ((W líquido + Q utilizado em sub processos )/ Q fornecido ) *100 13

14 Condensador Condensador EXERCÍCIO 1: escreva a função da n do sistema de Cogeração TV GV Prensa Bomba Secadores EXERCÍCIO 2: escreva a função da n do sistema de Cogeração TV TV GV Reaquecedor Prensa Bomba Secadores 14

15 EXERCÍCIO 3: Calcular a eficiência térmica do sistema de cogeração proposto. O sistema é composto por duas TG, um GV que aproveita os gases quentes provenientes da combustão nas TG s e uma TV, sendo que o sistema ainda fornece uma determinada quantidade de energia térmica para sub-processos. EXERCÍCIO 3: c2 c3 c1 6 Recuperador % Utilizado em sub-processos 15

16 EXERCÍCIO 3: Considerar os seguintes dados: Turbinas a Gás: T1=22 C C1=0,2835 KJ/Kg.K T2=78 C C2=0,3166 KJ/Kg.K T3=820 C C3=0,3382 KJ/Kg.K T4=730 C Gerador de vapor, Turbina a vapor: h5=189 KJ/Kg h6=920 KJ/kg h7=835 KJ/kg h8=175 KJ/kg EXERCÍCIO 3: = (W líquido / Q fornecido) * 100 = ((WTG1+WTG2-WC1-WC2+WTV-WB+(QSP*0,37))/(QCC1+QCC2)) *

17 EXERCÍCIO 4: c2 c3 c1 6 Recuperador Sub-processos EXERCÍCIO 4: Considerar os seguintes dados: Turbinas a Gás: T1=22 C C1=0,2835 KJ/Kg.K T2=78 C C2=0,3166 KJ/Kg.K T3=820 C C3=0,3382 KJ/Kg.K T4=730 C Gerador de vapor, Turbina a vapor: h5=189 KJ/Kg h6=920 KJ/kg h7=835 KJ/kg H8=605 KJ/kg h9=175 KJ/kg 17