UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO SIMULAÇÃO DE UMA PLANTA DE COGERAÇÃO REAL UTILIZANDO O PROGRAMA CYCLE-TEMPO Alexandre Maciel Falcão 2015
SIMULAÇÃO DE UMA PLANTA DE COGERAÇÃO REAL UTILIZANDO O PROGRAMA CYCLE-TEMPO Alexandre Maciel Falcão Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Prof. Manuel Ernani de Carvalho Cruz, Ph.D. RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL MARÇO DE 2015
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Departamento de Engenharia Mecânica DEM/POLI/UFRJ SIMULAÇÃO DE UMA PLANTA DE COGERAÇÃO REAL UTILIZANDO O PROGRAMA CYCLE-TEMPO Alexandre Maciel Falcão PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO. Aprovado por: Prof. Manuel Ernani de Carvalho Cruz, Ph.D. Prof. Gustavo César Rachid Bodstein, D.Sc. Prof. Marcelo José Colaço, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL MARÇO DE 2015
Falcão, Alexandre Maciel Simulação de uma planta de cogeração real utilizando o programa Cycle-Tempo / Alexandre Maciel Falcão Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2015. XIV, 61 p.: il.; 29,7 cm Orientador: Prof. Manuel Ernani de Carvalho Cruz, Ph.D. Projeto de Graduação UFRJ / Escola Politécnica / Curso de Engenharia Mecânica, 2015. Referências Bibliográficas: p. 52-53 1. Cogeração. 2. Simulação. 3. Programa Cycle- Tempo. 4. Análise exergética. I. Cruz, Manuel Ernani de Carvalho et al. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Mecânica. III. Simulação de uma planta de cogeração real utilizando o programa Cycle-Tempo. i
AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente aos meu pais, Carlos Falcão e Lucienne Maciel, por todo amor e dedicação e por serem os maiores incentivadores de meus estudos. Agradeço também ao meu irmão André Falcão e futuro colega de profissão. À minha namorada Juliana Moreira Soares, minha maior companheira nessa jornada e parte fundamental nessa vitória. A todos os amigos da faculdade com quem compartilhei alegrias e angústias nesses anos todos e ajudaram a superar os obstáculos. Obrigado a Universidade Federal do Rio de Janeiro por todo conhecimento adquirido por meio dos professores. Agradeço, em especial, ao prof. Manuel Ernani de Carvalho por toda orientação nesse projeto. ii
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico. SIMULAÇÃO DE UMA PLANTA DE COGERAÇÃO REAL UTILIZANDO O PROGRAMA CYCLE-TEMPO Alexandre Maciel Falcão Março/2015 Orientador: Manuel Ernani de Carvalho Cruz, Ph.D. Curso: Engenharia Mecânica O processo de aumento da população, a urbanização e o crescimento industrial são os fatores que mais contribuem para o aumento da demanda energética. Dessa forma, faz-se necessário investir em novas e mais modernas técnicas de produção de energia para garantir o abastecimento. Nesse contexto, a cogeração aparece como uma alternativa bastante eficaz para geração de energia com menor custo. O exercício de simulação de plantas de cogeração exerce um papel fundamental para observar as perdas energéticas de sistemas e, assim, permite otimizar projetos e reduzir custos. Neste trabalho é realizado um estudo computacional de uma planta real de cogeração de ciclo combinado utilizando o programa Cycle-Tempo. Uma análise comparativa crítica é feita dos conjuntos de resultados obtidos das simulações da planta neste estudo e em outro estudo com o programa IPSE-pro. Palavras-chave: Cogeração, Simulação, Cycle-Tempo, IPSE-pro, Análise Comparativa iii
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Mechanical Engineer. SIMULATION OF AN ACTUAL COGENARATION PLANT USING THE CYCLE- TEMPO SOFTWARE Alexandre Maciel Falcão March/2015 Advisor: Manuel Ernani de Carvalho Cruz, Ph.D. Course: Mechanical Engineering Population increase, urbanization and industry growth are the main reasons for increasing the energy demand. Therefore, it is necessary to invest in modern and new power production techniques to guarantee the energy supply. In this context, cogeneration emerges as an efficient alternative for power generation at reduced costs. The exercise of plant simulation is very important to indicate all losses of energy sources, allowing for optimization of projects and reduction of costs. In this work a computational study is carried out of an actual cogeneration combined cycle plant using the Cycle- Tempo software. A comparative analysis is done with the sets of results obtained with the plant simulations in this study and in another study using the IPSE-pro software. Keywords: Cogeneration, Simulation, Cycle-Tempo, IPSE-pro, Comparative analysis. iv
Sumário 1. INTRODUÇÃO... 1 2. OBJETIVO... 2 2.1. OBJETIVO GERAL... 2 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 2 3. GERAÇÃO DE ENERGIA... 3 4. COGERAÇÃO... 5 4.1 Funcionamento de uma planta de cogeração... 8 4.2 Ciclos de cogeração... 8 4.2.1 Ciclo Rankine... 9 4.2.2 Ciclo Brayton... 9 4.2.3 Ciclo Diesel... 10 4.2.4 Ciclo Combinado... 11 5. PROGRAMA CYCLE-TEMPO... 12 5.1 Cycle-Tempo: Funcionamento e Biblioteca de ferramentas... 13 6. EXERGIA... 16 6.1 Introdução ao conceito de Exergia... 16 6.2 Cálculo de Exergia... 17 6.3 Eficiência exergética... 18 7. A PLANTA DE ANÁLISE DO PROJETO... 20 7.1 Introdução... 20 7.2 Descrição da planta de cogeração do projeto... 21 8. MODELAGEM DA PLANTA UTILIZANDO O PROGRAMA CYCLE-TEMPO... 23 v
8.1 Definição das condições de trabalho e composição química dos fluidos de trabalho... 23 8.2 Principais equipamentos para simulação... 25 8.2.1 Turbina a gás... 25 8.2.2 Caldeira de Recuperação... 28 8.2.3 Turbina a vapor... 29 8.2.4 Condensador e Torre de Resfriamento... 33 8.3 Equipamentos da simulação... 36 8.4 Planta simulada no programa Cycle-Tempo... 37 8.5 Considerações admitidas na simulação... 39 9. RESULTADOS DA SIMULAÇÃO... 40 9.1 Resultados obtidos nas tubulações... 40 9.2 Análise exergética dos resultados da simulação.... 47 10. CONCLUSÕES... 51 11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 52 APÊNDICES... 54 Apêndice A Cálculos para análise exergética... 54 A.1 Cálculo de eficiência exergética... 54 A.2 Cálculo de destruição de exergia... 61 vi
Lista de Tabelas Tabela 1- Composição do ar atmosférico [4].... 23 Tabela 2 -Composição do gás natural utilizado pela Alstom [4].... 24 Tabela 3 - Tabela com os resultados obtidos na simulação da planta no Cycle-Tempo.... 40 Tabela 4 - Tabela de comparação entre os resultados de vazão mássica, pressão e temperatura do Cycle-Tempo e IPSE-pro... 43 Tabela 5 - Eficiência exergética para alguns componentes da simulação.... 47 Tabela 6 - Destruição da exergia por componente... 48 Tabela 7 - Eficiência exergética da planta simulada.... 50 Tabela 8 - Fórmulas para o cálculo da eficiência exergética funcional fornecidas pela empresa Asimptote [19]... 55 Tabela 9 - Fluxo de exergia na entrada e na saída de cada tubulação.... 56 Tabela 10 - Cálculo de destruição de exergia para alguns componentes da planta... 61 vii
Lista de Gráficos Gráfico 1 - Matriz energética brasileira em 2012 [6].... 4 Gráfico 2 - Evolução da Cogeração em alguns países da Europa entre 1999 e 2010 [9].... 6 Gráfico 3 - Número de unidades em operação de cogeração no Brasil [10].... 7 Gráfico 4 - Empreendimentos com cogeração por segmento de atividade no Brasil [11].... 7 Gráfico 5 - Percentual de destruição de exergia na planta do Cycle-Tempo.... 49 Gráfico 6 - Percentual de destruição de exergia na planta do IPSE-pro [4].... 49 viii
Listas de Figuras Figura 1 Ciclo Rankine aplicado em sistema de cogeração [5].... 9 Figura 2 - Ciclo Brayton aplicado em sistema de cogeração [5].... 10 Figura 3 - Ciclo Diesel aplicado em sistema de cogeração [5].... 10 Figura 4 - Ciclo Combinado aplicado em sistema de cogeração [5].... 11 Figura 5 - Tela inicial de trabalho do programa Cyclo-Tempo versão 5.1.... 13 Figura 6 Equipamentos disponíveis na biblioteca do Cycle-Tempo.... 14 Figura 7 - Conexões entre equipamentos disponíveis no programa Cycle-Tempo... 14 Figura 8 Turbina e sua tela de definição de parâmetros no Cycle-Tempo.... 15 Figura 9 - Figura ilustrativa do conceito de exergia [15]... 16 Figura 10 - Foto da Usina Termelétrica Governador Leonel Brizola [17]... 20 Figura 11 - Desenho da planta de cogeração proposta no IPSE-pro [4].... 22 Figura 12 - Definição das condições ambientais na simulação.... 24 Figura 13 - Modelos de turbina a gás encontrados na biblioteca do Cycle-Tempo... 26 Figura 14 - Dados de entrada para o combustor de queima suplementar.... 27 Figura 15 - Turbina a gás e combustor suplementar simulados no Cycle-Tempo.... 27 Figura 16 - Dados de entrada para um trocador de calor na simulação.... 28 ix
Figura 17 - Caldeira de recuperação simulada no Cycle-Tempo.... 29 Figura 18 - Dados de entrada para o 1º estágio da turbina a vapor.... 31 Figura 19 - Dados de entrada para o 2º estágio da turbina a vapor.... 31 Figura 20 - Dados de entrada para o 3º estágio da turbina a vapor.... 32 Figura 21 - Turbina a vapor simulada no programa Cycle-Tempo... 32 Figura 22 - Dados de entrada do condensador.... 33 Figura 23 - Dados de entrada para a torre de resfriamento.... 34 Figura 24 - Sistema Condensador, Torre de Resfriamento e Desaerador simulados no Cycle-Tempo... 35 Figura 25 - Planta do bloco 1 da Termorio simulada no Cyle-Tempo... 38 x
Lista de Símbolos e e0 g h h0 he hs hs,s I m Q VC P0 s s0 Sger T T0 V v v0 W rev W real Wproduzido WVC Energia específica Energia específica no estado de referência Aceleração da gravidade Entalpia específica Entalpia no estado de referência Entalpia específica na entrada Entalpia específica na saída Entalpia específica na saída considerando processo isentrópico Taxa de destruição de exergia Fluxo de massa Calor através de volume de controle Pressão no estado de referência Entropia específica Entropia específica no estado de refência Entropia gerada Temperatura Temperatura no estado de refência Velocidade do escoamento Volume específico Volume específico no estado de refêrencia Taxa de trabalho reversível Taxa de trabalho real Trabalho produzido Trabalho através de um volume de controle xi
z Φ η ηii ηs Ψ Ψe Ψs Σ altura Exergia específica para sistema fechado Eficiência Eficiência baseada na segunda lei da termodinâmica Eficiência isentrópica Exergia específica para escoamento Fluxo de exergia específica na entrada Fluxo de exergia específica na saída Somatório xii
Lista de Abreviações ANEEL: Agência Nacional de Energia Elétrica COGEN: Associação da Indústria de Cogeração de Energia DELE: Perda de energia de um equipamento para o ambiente DELP: Variação de pressão DELPG: Variação de pressão para o circuito de gás DELT: Variação de temperatura EEQCOD: Código de equação de energia do programa Cycle-Tempo EPE: Empresa de Pesquisa Energética Eq.: Equação ETHAI: Eficiência isentrópica de um equipamento ETHAM: Eficiência mecânica de um equipamento ESTMLF: Estimativa da fração molar de água na saída da tubulação de gás de um equipamento ESTOFR: Estimativa da razão entre as quantidades de oxidante e combustível ESTPOU: Estimativa de pressão de saída de um equipamento ESTTEM: Estimativa de temperatura para ser calculada pelo programa Cycle-Tempo GDCODE: Código que indica presença de estágio governador na turbina no programa Cycle-Tempo PIN: Pressão de entrada de um equipamento Pot.: Potência POUT: Pressão de saída de um equipamento Nº: Número REDUC: Refinaria Duque de Caxias RELHUM: Umidade relativa do gás na saída de um equipamento TIN: Temperatura de entrada de um equipamento TREACT: Temperatura de reação xiii
TUCODE: Código da turbina do programa Cycle-Tempo TOUT: Temperatura de saída de um equipamento TOUTG: Temperatura de saída do circuito de gás UFRJ: Universidade Federal do Rio de Janeiro xiv
1. INTRODUÇÃO A população brasileira vem passando por um processo de transição demográfica, ao longo das últimas décadas. A dinâmica de crescimento populacional tem apresentado significativas mudanças em relação ao consumo de energia [1]. O processo de aumento da população, a urbanização e o crescimento industrial são os que mais contribuem para o aumento da demanda energética. Mais especificamente no Brasil, a evolução crescente da economia acarreta em um aumento do consumo doméstico e industrial de energia elétrica. Nas últimas décadas o setor energético passou a conviver com crises sistêmicas. Com o aumento da demanda de energia elétrica, complementado com as exigências crescentes do mercado por melhoria da qualidade do fornecimento, os grandes sistemas centralizados de geração de energia passaram a ser exigidos em novas condições de operação e começaram a dar sinais de vulnerabilidade [2]. Dessa forma, faz-se necessário investir em novas e mais modernas técnicas de produção de energia para garantir o abastecimento. Nesse contexto, a cogeração aparece como uma alternativa bastante eficaz para geração de energia com menor custo. A racionalidade da cogeração reside, essencialmente, na economia de recursos energéticos frente a uma configuração convencional que produza as mesmas quantidades de calor útil e de trabalho, este geralmente convertido em energia elétrica ou mecânica [3]. O presente trabalho consiste em fazer uma simulação computacional de uma planta de cogeração real, a partir do programa Cycle-Tempo versão 5.1, avaliando a complexidade e as características da simulação para observar as perdas energéticas do sistema. 1
2. OBJETIVO 2.1. OBJETIVO GERAL O objetivo deste trabalho é simular uma planta de cogeração no programa Cycle- Tempo versão 5.1, para verificar a eficiência exergética da planta do Bloco 1 da Usina Governador Leonel Brizola pertencente a empresa TermoRio. 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Realização da análise exergética da planta do Bloco 1 da Usina Governador Leonel Brizola Comparação da simulação realizada no programa Cycle-Tempo versão 5.1 com os resultados obtidos a partir das análises obtidas pelo programa IPSE-pro no projeto de referência [4]. 2
3. GERAÇÃO DE ENERGIA Desde a Revolução Industrial até os dias de hoje, se observa um processo contínuo e crescente de utilização das fontes de energia, com perspectivas negativas quanto à disponibilidade em médio prazo para algumas fontes não renováveis. Inicialmente, começou-se a empregar a lenha para geração de calor e para uso na construção, porém, isto ocasionou um elevado desmatamento das florestas. O carvão mineral também foi amplamente utilizado para acionar máquinas a vapor, possibilitando a Revolução Industrial na Europa durante o século XVIII. Atualmente, o petróleo é uma fonte largamente utilizada não só para geração de energia elétrica, como também para combustíveis de sistemas de transporte [5]. O fator econômico fez com que a preocupação com a contenção de recursos energéticos só ganhasse força a partir da década de 1970, quando ocorreram duas grandes crises internacionais de abastecimento de petróleo, a primeira em 1973 e a segunda em 1979. Com a segunda crise, houve a intensificação de ações que buscavam a racionalização energética [5]. A tendência atual é de uso sustentável das fontes energéticas. Os órgãos ambientais estimulam o aproveitamento máximo do potencial energético na utilização e produção de energia, estimulando também a substituição das fontes tradicionais por fontes alternativas para gerar energia mais limpa. No país, o grande número de bacias hidrográficas permite a utilização em larga escala da energia hidroelétrica. Esta é considerada uma fonte renovável e de alto potencial para produção energética. Além disso, se comparada com outras fontes como, por exemplo, eólica e solar, a energia hidroelétrica tem capacidade de produção maior e com maior eficiência no aproveitamento da energia [5]. No Brasil, os investimentos em geração de energia elétrica foram alocados preferencialmente nas usinas hidrelétricas, com algumas poucas opções termelétricas que operam apenas na ponta do sistema e nos períodos hidrológicos mais desfavoráveis [5]. 3
Gráfico 1 - Matriz energética brasileira em 2012 [6]. No Gráfico 1, é possível verificar que a energia proveniente de hidrelétricas representou 76,9% da matriz energética brasileira no ano de 2012. Já o gás natural ainda é pouco ultilizado, correspondendo somente a 7,9% da matriz brasileira no mesmo ano [6]. A aplicação do gás natural na produção de energia elétrica pode ser dividida em duas modalidades: geração exclusiva de eletricidade e cogeração. Desta última se extrai o calor para geração de vapor utilizados em processos industriais [7]. 4
4. COGERAÇÃO Cogeração é a produção de duas ou mais formas de energia a partir de um único combustível. O processo mais comum é a produção de eletricidade (para acionamento de máquinas, bombas, motores, iluminação) e energia térmica (calor ou frio) a partir do uso de gás natural e/ou de biomassa, entre outros [2]. As plantas de cogeração podem ser aplicadas no setor industrial químico e farmacêutico, usando calor nos processos de produção. Também podem ser usadas no setor de serviços como shopping centers e supermercados, utilizando cogeração para o funcionamento dos equipamentos de refrigeração central e no aquecimento de água [8]. Pode-se apontar como principais vantagens da utilização da cogeração os seguintes aspectos: - menor custo de energia (elétrica e térmica); - maior confiabilidade de fornecimento de energia; - evitar custos de transmissão e de distribuição de eletricidade; - maior eficiência energética; - menor emissão de poluentes (vantagens ambientais); - criar novas oportunidades de trabalho e de negócios [8]. A cogeração se destaca, dentre as demais formas de geração de energia, por sua alta eficiência na conversão de energia química dos combustíveis em energia útil na ordem de 85% e, além disso, apresenta menores índices de emissão de poluentes [5]. Outro ponto fundamental é uma maior independência em relação às concessionárias de energia, porque a empresa que possui uma planta de cogeração fica menos vulnerável a falhas e restrições no fornecimento. Esse fator ganha mais importância, principalmente nos dias de hoje, com período de crise nos níveis dos reservatórios no país e, consequentemente, existe a possibilidade de redução no fornecimento de água e energia elétrica. No Gráfico 2, podemos verificar esse destaque da cogeração para geração de energia através da sua evolução entre 1999 e 2010 em países da Europa. Nesse gráfico, são exibidos os valores da participação percentual relativos ao ano de 1999 (em amarelo) e a meta que esses países pretendiam alcançar em 2010 (em azul). 5
Gráfico 2 - Evolução da Cogeração em alguns países da Europa entre 1999 e 2010 [9]. É possível perceber que Finlândia, Holanda e Dinamarca se destacam mais que outros países europeus na participação relativa na cogeração. A Dinamarca possuia já em 1999 quase 50% de sua geração de energia através da cogeração e, além disso, verificamos no mesmo gráfico que a Holanda exibe uma tendência crescente desta tecnologia, ou seja, pretende continuar investindo neste tipo de geração energética. Esta postura pode ser explicada não só pelas vantagens deste processo mas também pelo fato da União Européia ter aprovado em 2004 uma política de incentivo aos sistemas de cogeração [12]. No Brasil, também é possível observar uma tendência crescente da cogeração. O Gráfico 3 ilustra o crescimento do número de unidades em operação no país a partir de 1970. 6
Gráfico 3 - Número de unidades em operação de cogeração no Brasil [10]. Outro aspecto importante da cogeração no Brasil pode ser observado através da sua implementação em diversos setores importantes do país. O Gráfico 4 apresenta a quantidade de plantas de cogeração por setor. Gráfico 4 - Empreendimentos com cogeração por segmento de atividade no Brasil [11]. 7
O gráfico mostra que setores importantes da economia do país como o sucroalcooleiro e o químico já vêm investindo na utilização da cogeração, porém, ainda de forma pouco expressiva. Também é mostrado que diversos setores da economia ainda não investem nesse tipo de tecnologia. 4.1 Funcionamento de uma planta de cogeração Há dois tipos de regime de funcionamento de uma planta de cogeração que são os sistemas Topping e Bottoming. Esses sistemas se diferenciam em relação ao que priorizam para a produção de energia. No sistema Topping, a geração de energia elétrica é prioridade em relação à produção de energia térmica (vapor). Assim o calor rejeitado da queima de combustível é aproveitado para um processo industrial (aquecimento e refrigeração) [12]. No caso do sistema Bottoming acontece o contrário, ou seja, a queima do combustível é primeiramente utilizada para produção de energia térmica. O calor rejeitado do processo é aproveitado em uma caldeira de recuperação para gerar vapor que acionará uma turbina para produção de energia elétrica [12]. Na cogeração, o sistema Topping é mais utilizado porque o calor rejeitado do processo industrial, geralmente, se encontra a uma temperatura relativamente baixa, o que dificulta a produção de vapor. Já o sistema Bottoming é colocado em prática em plantas que contêm um processo que forneça quantidade suficiente de calor residual [12]. 4.2 Ciclos de cogeração Os principais ciclos termodinâmicos utilizados na cogeração são: - ciclo Rankine; - ciclo Brayton; - ciclo Combinado; - ciclo Diesel [5]. Para a escolha do melhor projeto de uma planta de cogeração, deve-se levar em consideração o atendimento da demanda operacional prevista com confiabilidade e eficiência, além da avaliação de custos. 8
4.2.1 Ciclo Rankine O Ciclo Rankine (ou a Vapor) é formado basicamente por uma caldeira, uma turbina a vapor, uma bomba e um condensador. O princípio de funcionamento envolve bombeamento de água líquida para a caldeira, onde a água é aquecida até se transformar em vapor. Este vapor se expande na turbina convertendo energia térmica em energia mecânica [13]. A Figura 1 ilustra a aplicação do ciclo a vapor em sistemas de cogeração nos regimes bottoming e topping. Figura 1 Ciclo Rankine aplicado em sistema de cogeração [5]. 4.2.2 Ciclo Brayton O ciclo Brayton (ou turbina a gás) é composto basicamente por compressor, câmara de combustão, turbina a gás e gerador. Inicialmente, o ar em condição ambiente é comprimido pelo compressor sendo direcionado à câmara de combustão, onde misturase com o combustível, aumentando sua pressão e temperatura. Os gases formados da combustão acionam a turbina, produzindo energia mecânica responsável por acionar o compressor e o gerador [13]. A figura seguinte mostra este ciclo alimentando o processo com energia elétrica do gerador e o vapor que sai da turbina. 9
Figura 2 - Ciclo Brayton aplicado em sistema de cogeração [5]. 4.2.3 Ciclo Diesel O ciclo Diesel é especialmente utilizado na Europa e nos EUA, sendo empregado em unidades compactas e em sistemas isolados como em embarcações navais. Esse ciclo possui elevada produção de energia elétrica e baixa capacidade de produção térmica [5]. A figura 3 mostra um exemplo de aplicação do ciclo Diesel na cogeração. Figura 3 - Ciclo Diesel aplicado em sistema de cogeração [5]. 10
4.2.4 Ciclo Combinado O Ciclo Combinado mais utilizado é o composto por turbina a gás com caldeira de recuperação e turbina a vapor. Este tipo de combinação tem como vantagem o duplo conjunto para produção de energia mecânica [5]. A próxima figura exibe esse ciclo aplicado em um sistema de cogeração. Figura 4 - Ciclo Combinado aplicado em sistema de cogeração [5]. 11
5. PROGRAMA CYCLE-TEMPO Hoje em dia é possível simular uma planta de produção de energia através de programas computacionais como o Cycle-Tempo e o IPSE-pro. Esses programas são ferramentas práticas e eficazes para análise de viabilidade e custos. O Cycle-Tempo pertence a empresa holandesa ASIMPTOTE que trabalha com consultoria de projetos de sistemas energéticos dando suporte na análise térmica desde componentes a plantas de geração de energia. Os programas desta empresa foram desenvolvidos inicialmente por Delft University of Technology, Politecnico di Milano e Stanford University [14]. O programa Cycle-Tempo é utilizado para análise térmica e otimização de sistemas térmicos. Ele é capaz de simular sistemas convencionais como para geração de energia, sistemas de refrigeração e de aquecimento e sistemas complexos como planta baseada no Ciclo Orgânico de Rankine (ORC), células de combustível e refrigeração por absorção [14]. A empresa disponibiliza em seu site na internet (http://www.asimptote.nl/) uma versão demo, uma estudantil e outra profissional. A versão escolhida para este projeto foi a estudantil com licensa de 6 meses. Além disso, foi preciso fazer o download do programa Fluidprop, também disponível no site da empresa. O Fluidprop contém as propriedades termodinâmicas necessárias para análise no Cycle-Tempo. Para aprendizagem e manuseio do software, a empresa oferece um manual de introdução ao uso do programa [18], um guia sobre os equipamentos da biblioteca [19] e exemplos de sistemas possíveis de serem analisados [20]. Por conta dessas facilidades e também por ter conseguido junto a empresa o download gratuito, este programa mostrou-se adequado para a realização do projeto em questão. 12
5.1 Cycle-Tempo: Funcionamento e Biblioteca de ferramentas. Figura 5 - Tela inicial de trabalho do programa Cyclo-Tempo versão 5.1. A figura acima mostra a tela inicial de trabalho do programa. Já nesta tela inicial, é possível visualisar a biblioteca de ferramentas e um espaço em branco destinado para modelar o sistema. A biblioteca possui alguns equipamentos como turbina, bomba, condensador, desaerador e trocador de calor. Todos os aparatos disponíveis e suas respectivas representações na versão utilizada nesse projeto são exibidos na Figura 6. 13
Figura 6 Equipamentos disponíveis na biblioteca do Cycle-Tempo. Também, pode-se escolher o tipo de conexão entre esses equipamentos como água, vapor ou combustível. As composições do ar e do combustível devem ser definidas pelo usuário. As opções de conexões disponíveis no programa são mostradas na Figura 7. Figura 7 - Conexões entre equipamentos disponíveis no programa Cycle-Tempo. 14
Na opção de tela de desenho, selecionamos e posicionamos um equipamento da biblioteca do programa. Na Figura 8, é possível ver um exemplo de tela de definição de parâmetros de uma turbina. A definição sobre o significado de cada um desses parâmetros é explicada no guia de referência disponibilizado no site da empresa [19]. Figura 8 Turbina e sua tela de definição de parâmetros no Cycle-Tempo. Quando finalizar o desenho esquemático da planta e inserir os parâmetros de projeto, basta dar o comando Run! encontrado na barra de ferramentas. Caso não tenha sido colocado os dados adequados para os cálculos, aparece uma mensagem de aviso indicando os problemas encontrados. Se a configuração do sistema estiver correta surge uma mensagem de sucesso. Na janela Index, pode-se acessar os resultados calculados pelo programa obtidos da simulação e verificar informações como as eficiências dos aparatos e dados de temperatura e pressão para cada fluxo. O detalhamento sobre cada uma dessas opções de resultado se encontra no guia de referência [19]. 15
6. EXERGIA 6.1 Introdução ao conceito de Exergia O conceito de exergia, também chamado de disponibilidade ou energia disponível, é o máximo trabalho útil que pode ser obtido de um sistema a partir de um determinado estado termodinânico em um ambiente específico [15]. A disponibilidade é proveniente das fontes naturais encontradas, por exemplo, nas formas de reservas de petróleo, de carvão e urânio [13]. Parte da energia não pode ser convertida em trabalho, sendo chamada de energia indisponível [15]. A Figura 9 ilustra o conceito de exergia. Figura 9 - Figura ilustrativa do conceito de exergia [15]. O trabalho realizado é maximizado quando o processo é feito de forma reversível, ou seja, sem irreversibilidade e ao final do processo o sistema deve se encontrar no estado morto, isto é, em equilíbrio termodinâmico com o ambiente [15]. As irreversibilidades produzidas, por exemplo, por atrito, reações químicas e transferência de calor, geram entropia e consequentemente provocam a destruição da exergia [15]. Quanto maior a irreversibilidade associada a uma mudança de estado, menor a quantidade de trabalho realizada por um sistema ou maior a quantidade de trabalho requerida e, consequentemente, maior será o decréscimo das reservas de disponibilidade [13]. A energia é conservada, porém é perdida a oportunidade de converter a energia em trabalho [13]. A equação (1) mostra que a irreversibilidade I é igual à diferença entre o trabalho reversível Wrev e o trabalho real Wreal e é proporcional à geração de entropia S ger. I = W rev W real = T 0 S ger (1) 16
A partir da análise exergética, podemos saber as limitações de operação de sistemas e equipamentos e, com isso, é possível otimizar o projeto para condição de menor utilização de recursos, minimizando as irreversibilidades associadas a eles [15]. 6.2 Cálculo de Exergia A exergia específica de um sistema fechado é calculada a partir da eq.(2): Φ = (e-e0) + P0(v v0) T0(s s0) (2) onde, e, v e s são, respectivamente, a energia, o volume e a entropia específicas do sistema e e0, v0 e s0 correspondem a estas mesmas propriedades no estado de referência e P0 e T0 são pressão e temperatura neste mesmo estado. Pode-se utilizar a atmosfera como estado de referência. No caso de um escoamento, a exergia é expressa por: ψ = (h h 0 ) T 0 (s s 0 ) + V2 2 + g(z z 0) (3) A quantidade de exergia que entra em um sistema sob todas as formas (calor, trabalho e fluxo de massa) deve ser igual à quantidade de exergia que sai mais a exergia destruída. Assim, a taxa do balanço de exergia para um volume de controle com escoamento em regime permanente é descrito na equação seguinte: Σ (1 T 0 T ) Q VC W VC + Σm eψ e Σm sψ s T 0 S ger = 0 (4) A partir da eq.(4), pode-se deduzir que a taxa de trabalho reversível para um dispositivo adiabático é: W rev = Σm eψ e Σm sψ s (5) 17
6.3 Eficiência exergética Um conceito importante na análise exergética é a eficiência baseada na segunda lei da termodinâmica. Este conceito compara o efeito útil desejado de um processo com o custo, ou disponibilidade termodinâmica [13]. É importante lembrar que a eficiência baseada na primeira lei da termodinâmica é uma relação entre variações de energia e se difere em relação à eficiência baseda na segunda lei porque não compara o equipamento ideal no mesmo estado final que o equipamento real [13]. A eficiência baseada na segunda lei da termodinâmica para equipamentos que geram potência como a turbina é obtida pela razão do trabalho real produzido Wproduzido e o trabalho máximo Wrev. No caso de uma turbina adiabática em regime permanente, desprezando-se as energias cinética e potencial, obtém-se a seguinte relação: η II,turb = W produzido W rev = h e h s ψ e ψ s (6) onde, he e ψe correspondem a entalpia e exergia específicas na entrada da turbina e hs e ψs são respectivamente as mesmas propiedades na saída. Agora considerando a eficiência baseada na primeira lei, obtemos a eficiência isentrópica da turbina η s,turb como a relação entre o trabalho real produzido e o trabalho teórico isentrópico Ws. Para a mesma turbina adiabática, a eficiência é descrita como: η s,turb = W produzido W s = h e h s h e h s,s (7) onde hs,s é a entalpia considerando um processo de expansão isentrópico na turbina. Para equipamentos que consomem potência, como bomba e compressor, a relação de eficiência baseada na segunda lei da termodinâmica, considerando adiabático e com energias cinética e potencial desprezíveis, é definida como: η II = W rev W consumido = ψ s ψ e h s h e (8) 18
A eficiência isentrópica para esses equipamentos que consomem potência é mostrado na eq.(9): η s = W s W consumido = h e h s,s h e h s (9) Já para um trocador de calor, onde não existe trabalho envolvido e há transfêrencia de calor do escoamento do fluido quente para o fluido frio, a eficiência baseada na segunda lei é definida pela eq.(10): η II = [m (ψ s ψ e )] fluido frio [m (ψ e ψ s )] fluido quente (10) A equação da eficiência baseda na segunda lei da termodinâmica pode ser generalizada pela seguinte expressão: η II = Exergia desejada Exergia fornecida (11) sendo a exergia fornecida ao sistema proveniente de escoamento, transferência de calor e trabalho, e exergia desejada do sistema pode ser trabalho ou transferência de calor [13]. 19
7. A PLANTA DE ANÁLISE DO PROJETO 7.1 Introdução Neste projeto será analisada a planta do Bloco 1 da Usina Termelétrica Governador Leonel Brizola pertencente a TermoRio (empresa controlada pela PETROBRAS), localizada no município de Duque de Caxias no estado do Rio de Janeiro. Esta usina é a maior termelétrica a gás natural do Brasil cuja capacidade instalada é igual a 1040 MW, o que corresponde a 22% de energia elétrica produzida no estado do Rio de Janeiro [16]. Figura 10 - Foto da Usina Termelétrica Governador Leonel Brizola [17]. O Bloco 1 é responsável pela exportação de vapor para a refinaria REDUC da PETROBRAS com capacidade máxima de 400t/h de vapor e potência de 382MW. Esta unidade é composta por um ciclo combinado e contém duas turbinas a gás GT-11N2, uma turbina a vapor, duas caldeiras de recuperação, sistemas auxiliares e uma torre de resfriamento a água [16]. 20
7.2 Descrição da planta de cogeração do projeto O sistema possui três circuitos de fluido de trabalho que são a água proveniente da própria usina, o combustível de origem da rede de gás natural e os gases gerados na reação de combustão. O ar atmosférico é admitido e comprimido no compressor da turbina a gás e é queimado junto com o gás natural na câmara de combustão. Os gases produzidos na combustão acionam a turbina produzindo potência mecânica que é convertida em energia elétrica em um gerador acoplado à turbina. Depois, os gases de exaustão sofrem uma queima suplementar, após uma nova injeção de combustível no combustor suplementar, liberando energia para garantir a produção de vapor numa determinada vazão. Em seguida, os gases passam pela caldeira de recuperação formada por dois superaquecedores, um evaporador e dois economizadores. No final, esses gases são liberados na atmosfera através de uma chaminé. A caldeira de recuperação recebe também água líquida proveniente de bombas de alta pressão em contracorrente com os gases de exaustão. A água é aquecida nos economizadores e transformada em vapor superaquecido no evaporador. Depois esse vapor é superaquecido no primeiro superaquecedor, condicionado no atemperador e novamente superaquecido no segundo superaquecedor, sendo direcionado para um separador de fluxo. Após o separador, existe uma válvula de desvio. Caso ela esteja aberta, o fluxo é direcionado para o condensador. Caso contrário, o separador guia o fluxo até um misturador que recebe os fluxos oriundos das duas caldeiras de recuperação. A mistura chega a um separador que possui duas saídas com uma válvula de controle e um outro separador. Na primeira saída, o vapor é desviado das turbinas a vapor e direcionado para o desaerador; e na segunda o fluxo de vapor alimenta as turbinas a vapor. Após a expansão no 1º estágio da turbina, parte do fluxo é extraído para a REDUC e outra parte segue para o 2º estágio da turbina. Posteriormente, o vapor expandido chega a um separador que divide o fluxo. Uma parte segue para o 3º estágio da turbina e outro vai para o desaerador. O fluxo que sofre expansão no último estágio da turbina passa pelo condensador onde o vapor é condensado com água de refrigeração forncecida pela torre de resfriamento úmida. Essa torre opera com convecção forçada de ar que escoa em contra-corrente com a água. Os fluxos de vapor desviados do 1º e do 3º estágios da turbina encontram um separador onde o fluxo é dividido em duas partes. Uma parte segue para o desaerador e outra vai para um misturador. Nesse misturador, o vapor aquece a água de reposição do vapor do processo que também alimenta o desaerador. 21
A água desaerada passa por um separador que divide o fluxo de água direcionando para as duas bombas de alta pressão. Logo em seguida, os fluxos se juntam num misturador e o fluxo é dividido em três. Um fluxo é misturado com vapor superaquecido da linha de processo, sendo entregue a REDUC nas condições especificadas. Os outros dois fluxos seguem para as caldeiras de recuperação e, desta forma, fecha-se o ciclo [4]. A Figura 11 mostra a planta proposta e que foi simulada no programa IPSE-pro [4]. Figura 11 - Desenho da planta de cogeração proposta no IPSE-pro [4]. 22
8. MODELAGEM DA PLANTA UTILIZANDO O PROGRAMA CYCLE-TEMPO 8.1 Definição das condições de trabalho e composição química dos fluidos de trabalho As condições ambientais devem ser definidas em Environment Definition, na aba General Data, onde são determinadas a composição química do ar atmosférico e as condições de temperatura e pressão. Apesar de não serem utilizadas neste projeto, o programa possui também algumas definições padrões para condição do ambiente (Default environments). Na simulação foi utilizado a seguinte composição em porcentagem molar para o ar atmosférico na temperatura de 22 C e pressão de 1,0045 bar: Tabela 1- Composição do ar atmosférico [4]. Elementos Composição molar (%) Ar 0,92 H20 1,98 N2 76,55 CO2 0,03 O2 20,52 A Figura 12 mostra a janela para a configuração das condições ambientais no programa. 23
Figura 12 - Definição das condições ambientais na simulação. Para a composição do combustível no projeto de comparação [4], foi utilizada a composição do fabricante da turbina a gás da Alstom, mostrada na Tabela 2, com poder calorífico inferior de 48566 KJ/Kg [4]. Tabela 2 -Composição do gás natural utilizado pela Alstom [4]. Componentes Fração molar C2H6 0,0652 C3H8 0,0130 CH4 0,9092 C5H12 0,0014 N2 0,0680 CO2 0,0044 24
Porém, não se pode alterar a composição química dos combustíveis dos modelos de turbina a gás presentes na biblioteca do programa Cycle-Tempo. No caso do modelo escolhido, o combustível é o metano (CH4), cujo poder calorífico inferior é 50006,33 KJ/Kg. Essa informação pode ser conferida na Figura 14 no item 8.2.1. Pode-se observar na Tabela 2 que o metano corresponde a 90% da composição definida pelo fabricante e os poderes caloríficos de ambos os combustíveis apresentam valores próximos. Assim, é possível antecipar que não haverá grandes discrepâncias entre os resultados finais das simulações devido a essa diferença. 8.2 Principais equipamentos para simulação 8.2.1 Turbina a gás A turbina a gás representa um equipamento composto principalmente por um compressor, uma câmara de combustão e uma turbina propriamente dita. O ar atmosférico é admitido no compressor e sofre combustão na câmara, elevando a pressão e a temperatura do produto. Os produtos da reação então acionam a turbina, produzindo energia mecânica. Na planta de cogeração da TermoRio, encontram-se duas turbinas do modelo GT 11 N2 da empresa Alstom, as quais queimam gás natural e cada uma tem capacidade de produzir até 115,4 MW de potência e os gases saem da turbina com temperatura de 524 C [22]. Porém na simulação do projeto de comparação, um modelo genérico da biblioteca do IPSE-pro foi aplicado com potência de 102,8 MW e com temperatura de saída dos gases de exaustão igual a 540 C [4]. No programa Cycle-Tempo, encontra-se na biblioteca uma série de modelos de turbinas a gás de diferentes fabricantes, combustíveis e geração de potência como mostra a Figura 14. No entanto, não se pode alterar as configurações do modelo escolhido. Para este projeto foi escolhido uma turbina do modelo ABB GT 11 N2 que possui os parâmetros mais próximos de potência e temperatura dos gases de exaustão do modelo aplicado no projeto de comparação e também da turbina real do fabricante. Contudo, como explicado anteriormente no item 8.1, o combustível é o metano. 25
Figura 12 - Modelos de turbina a gás encontrados na biblioteca do Cycle-Tempo. Na saída das turbinas existe um aparato de queima suplementar de combustível para garantir a temperatura de 795 C dos gases de combustão que vão passar pela caldeira de recuperação [4]. Na Figura 14, pode-se verificar os dados de entrada para este componente. Foram definidos as pressão de entrada PIN e uma estimativa da pressão de saída ESTPOU consideradas constantes e iguais a 1,003 bar. Outro parâmetro é temperatura de saída TOUT desejada para alimentar a caldeira e a temperatura de equilíbrio para a reação química TREACT iguais a 795 C. O valor de ESTOFR define uma estimativa inicial da razão entre as quantidades de oxidante e de combustível na reação de combustão que ocorre dentro do combustor [19]. Foi considerado uma razão igual a 50. O parâmetro EEQCOD se refere ao código interno do programa utilizado no cálculo do balanço de energia. Quando o valor é 1, o programa utiliza as equações para encontrar o fluxo de massa. Caso seja definido o valor 2, é cálculado o valor da temperatura de saída dos produtos da reação [19]. 26
Figura 13 - Dados de entrada para o combustor de queima suplementar. A Figura 15 mostra o conjunto formado pela turbina e o combustor de queima complementar simulados no projeto. Figura 14 - Turbina a gás e combustor suplementar simulados no Cycle-Tempo. 27
8.2.2 Caldeira de Recuperação Um importante equipamento para uma planta de ciclo combinado é caldeira de recuperação. Ela tem a função de aproveitar parte do calor dos gases de exaustão provenientes da turbina a gás para gerar vapor superaquecido de alta pressão. Esse vapor então aciona a turbina a vapor sem a necessidade de usar mais combustível [21]. A planta estudada possui duas caldeiras de recuperação e, como descrito no item 7.2, cada caldeira de recuperação possui dois economizadores, um evaporador e dois superaquecedores [4]. Cada componente é representado por um trocador de calor convencional da biblioteca do programa Cycle-Tempo. A Figura 16 mostra a janela para definição dos dados de entrada para um dos trocadores de calor. Para cada um deles foi definido as pressões e temperaturas de entrada e saída nos circuitos principal e secundário PIN1, TIN1, PIN2, TIN2, POUT1, TOUT1, POUT2 e TOUT2. O circuito principal se refere ao fluxo de água ou vapor e o circuito secundário é formado pelos gases de exaustão. Quando o parâmentro EEQCOD no trocador de calor do programa é definido como 1, o programa calcula o fluxo de massa. Caso seja igual a 2, as equações de energia são utilizadas para encontrar a entalpia [19]. Figura 15 - Dados de entrada para um trocador de calor na simulação. 28
Foi necessário também a inserção de um tubulão para garantir que contenha apenas vapor saturado na saída do evaporador, uma bomba para movimentar a água no circuito e um misturador para assegurar as condições de temperatura e pressão para a entrada da turbina a vapor [4]. Pode-se visualizar na Figura 17 a representação da caldeira de recuperação utilizada na simulação. Figura 16 - Caldeira de recuperação simulada no Cycle-Tempo. 8.2.3 Turbina a vapor A turbina a vapor da planta é do modelo DK2 2N30 que pertence à empresa Alstom e foi simulada a partir do uso de três turbinas genéricas da biblioteca do programa que representam cada estágio de expansão. A turbina possui a capacidade de produzir 173,2 MW de potência [4]. Cada turbina foi simulada com um modelo geral TUCODE = 0 presente na biblioteca do programa. Os tipos de turbina e seus respectivos códigos se encontram no guia de referência do programa [19] e são mostrados na Tabela 3: 29
Tabela 3 - Tipos de turbinas e seus respectivos códigos do Cycle-Tempo [19]. Também foram definidas a eficiência isentrópica ETHAI igual a 84% e a eficiência mecânica ETHAM igual a 100%. Além disso, considerou-se turbinas sem o estágio governador de controle da vazão (GDCODE = 2). O primeiro estágio da turbina recebe na entrada o vapor com temperatura TIN e pressão PIN respectivamente iguais a 568 C e 124 bar. A Figura 18 mostra os dados de entrada para o primeiro estágio da turbina. 30
Figura 17 - Dados de entrada para o 1º estágio da turbina a vapor. Após a expansão no primeiro estágio da turbina, é extraído vapor direcionado a refinaria REDUC. Deve ser garantido o abastecimento do vapor com pressão e temperatura de 45 bar e 404 C respectivamente e vazão de 200,034 t/h ou 55,56 kg/s [4]. O fluxo restante entra no segundo estágio com pressão de 45,2 bar. A Figura 19 mostra a configuração para o segundo estágio. Figura 18 - Dados de entrada para o 2º estágio da turbina a vapor. 31
Depois da segunda expansão, parte do fluxo do vapor é extraído para o desaerador e outra parte segue a expansão no terceiro estágio da turbina. Este fluxo chega no último estágio com pressão igual a 2,14 bar. Em seguida, o fluxo de vapor é direcionado para o condensador. A próxima figura exibe os dados de entrada para esse estágio. Figura 19 - Dados de entrada para o 3º estágio da turbina a vapor. A Figura 21 ilustra a representação feita para a turbina a vapor no programa, destacando os estágios e os destinos de cada fluxo de vapor. Figura 20 - Turbina a vapor simulada no programa Cycle-Tempo. 32
8.2.4 Condensador e Torre de Resfriamento Após a expansão no terceiro estágio da turbina, um fluxo de vapor chega ao condensador na condição de 0,078 bar e 41 C. Esse fluxo é resfriado com água proveniente da torre de resfriamento do tipo úmida. A Figura 22 mostra a janela com os dados de entrada descritos acima. Os parâmentros PIN1, POUT1, TIN1 e TOUT1 se referem ao circuito de água proveniente da torre. Já os parâmentos POUT2, DELP2 e DELT2 são destinados ao circuito de água que sai do condensador. Outro parâmetro definido é o EEQCOD, o qual diz respeito ao balanço de energia. Quando é atribuido o valor 1, o programa calcula a vazão mássica. Se for escolhido o valor 2, o balanço é utilizado para calcular temperatura. A definição dos outros parâmetros do condensador podem ser vistos no guia de referência [19]. Figura 21 - Dados de entrada do condensador. 33
Em relação a torre de resfriamento, não existe um modelo na biblioteca do programa para representar esse equipamento, diferentemente do IPSE-pro. A empresa Asimptote disponibiliza em seu site uma configuração pra modelar um conjunto condensador e torre de resfriamento [20]. Essa configuração utiliza um saturador (Saturator) que recebe um fluxo de água do condensador. Em contracorrente, o saturador recebe um fluxo de ar atmosférico de uma fonte. Também, é necessário a introdução de uma fonte (Source / Sink) na entrada e outra na saída do saturador para fornecer mais informações para o balanço de energia. A Figura 23 mostra os dados de entrada para a torre de resfriamento. Figura 22 - Dados de entrada para a torre de resfriamento. Quando é atribuido ao parâmetro EEQCOD o valor 1, o programa calcula a vazão mássica. Se for escolhido o valor 2, o balanço é utilizado para calcular temperatura. Definiu-se que a variação de pressão do ar atmosférico ao passar pela torre DELPG é nula e a temperatura de saída desse fluxo TOUTG igual a 30 ºC. Também arbitrou-se que as perdas de calor da torre para o ambiente DELE são nulas. Outro parâmetro para definir é a umidade relativa do ar RELHUM na saída da torre, ao qual foi estipulado um valor de 90%. Também é preciso estimar o valor da fração molar da água na saída de ar ESTMLF para o cálculo na primeira iteração, onde foi escolhido o valor de 0,02. 34
Também, faz-se uma estimativa da temperatura a ser calculada ESTTEM na primeira iteração. Foi escolhido o valor da temperatura de água que sai da torre destinada ao condensador. A água que sai do condesador alimenta o desaerador que recebe mais dois fluxos. Um fluxo oriundo da mistura de parte do vapor extraído do segundo estágio da turbina a vapor com parte do vapor que sai das caldeiras de recuperação. Outro fluxo é a água de reposição do ciclo. O fluxo que sai do desaerador segue para as bombas de alta pressão [4]. O sistema condensador, torre de resfriamento e desaerador é apresentado na Figura 24. Figura 23 - Sistema Condensador, Torre de Resfriamento e Desaerador simulados no Cycle- Tempo. 35
8.3 Equipamentos da simulação Como já foram citados em outros itens deste trabalho, o programa Cycle-Tempo apresenta diversas ferramentas úteis para a construção de uma planta de cogeração. No entanto, para este projeto foram utilizadas apenas algumas das ferramentas disponibilizadas. Abaixo segue a lista das ferramentas que foram utilizadas para compor a simulação deste projeto. A numeração de cada componente da planta pode ser conferida na Figura 25 no item 8.4. Duas turbinas a gás (Gas Turbine): (1) e (16) Três turbinas a vapor (Turbine): (55), (60) e (66) Um gerador elétrico (Generator) Dois combustores (Combustor) de queima suplementar: (2) e (17) Três fontes (Source / Sink) de água: (40), (41) e (52) Duas fontes (Source / Sink) de combustível: (3) e (18) Uma fonte (Source / Sink) de ar para a torre de resfriamento: (49) Um Sumidouro (Source / Sink) de ar para a torre de resfriamento: (48) Um sumidouro (Source/ Sink) representando o vapor destinado para o processo: (65) Dez trocadores de calor (Heat Exchanger) representando: o quatro economizadores (7), (8), (22) e (23) o dois evaporadores (6) e (21) o quatro superaquecedores (4), (5), (19) e (20) Duas chaminés (Stack): (9) e (24) Seis bombas (Pump): (10), (26), (33), (35), (43) e (53) Seis válvulas (Valve): (14), (15), (29), (32), (54) e (56) Três nós (Node) para representar válvula: (38), (42) e (45) Duas fontes (Source / Sink) para representar válvula: (34) e (67) Oito separadores (Mixer / Splitter): (30), (63), (36), (57), (61) e (62) Sete misturadores (Mixer / Splitter): (12), (27), (31), (39),(51) e (58) Um desaerador (Dearator): (37) Uma torre de resfriamento (Saturator): (47) Um condensador (Condenser): (44) Dois tubulões (Drum): (10) e (26) Duas fontes (Source / Sink) para compor a representação da torre de resfriamento: (46) e (50) Assim, para a simulação completa da planta estudada, foi necessária a aplicação de 66 componentes. 36