Gestão de energia : 009/010 Aula # P3 SGCIE Prof. Miguel Águas miguel.aguas@ist.utl.pt Prof.ª Tânia Sousa taniasousa@ist.utl.pt
Enunciado Produção de óleo vegetal refinado Pretende-se desenvolver uma análise de Sankey a uma fábrica que produz 40.000 ton/ano de óleo vegetal refinado, consumindo 4000 toneladas/ano de fuelóleo e 3 GWh/ano de electricidade. O fuelóleo é consumido numa caldeira de vapor com um rendimento de 85%. A rede de vapor está mal isolada termicamente, quantificando-se as perdas permanentes de 50 kw. Por outro lado, certas válvulas apresentam problemas de vedação, sendo as fugas de vapor da ordem dos 5% da produção de vapor. A electricidade é consumida principalmente em motores eléctricos com rendimento de 90%. Certos ventiladores ficam em funcionamento fora do horário de trabalho, calculando-se que os consumos associados este desperdício de electricidade representam 10% da energia útil. Dados: Fuel óleo PCI=41, GJ/ton; 0,984 tep/ton fuelóleo 15 tep/gwh elec Nestas condições responda às seguintes questões: a) Represente de forma qualitativa e separada, os diagramas de Sankey para o consumo de fuelóleo e de electricidade, justificando cada posição dos diagramas. b) Determine o consumo de energia primária com base nos coeficientes definidos pelo SGCIE e o máximo valor de consumo específico no final do plano de racionalização c) Determine o valor total da degradação entre energia primária e energia útil. Aula # P3 : SGCIE Slide of 53
Produção de óleo vegetal refinado a) Fuel óleo 3000 MWh Centrais térmicas e transporte Fuel óleo 4000 ton Refinação e Transporte Luz Calor Etc Motores eléctricos Calor Caldeira - degradação de 0% Mau isolamento - degradação de 50 kw Fugas de vapor - degradação de 0% 5% Ventiladores Não indicado Aula # P3 : SGCIE Slide 3 of 53
Produção de óleo vegetal refinado b) Energia primaria = 0.984 tep/ton x 4000 ton/ano + 0.15 tep/mwh x 3000 MWh/ano = 3936 + 645 = 4581 tep/ano Consumo especifico = 4581 tep / 40.000 ton = 115 kgep/ton CE ano 0 = 115 kgep/ton Melhoria de 6% em 6 anos obriga a CE ano 6 <= 115 x 94% = 108 kgep/ton c) A energia primária é de 4.581 tep. Como 1 tep = 41,9 GJ = 4.581 x 41,9 = 191.943 GJ/ano A energia util tem duas componentes: Energia eléctrica = x conversão para GJ x rendimento dos motores elec. =3000 MWh x 3,6 GJ/MWh x 90% = 9.70 GJ/ano Fuel óleo = Fuel x PCI x rendimento da caldeira x (1-%fugas)- + Potência perdida x 8760 h/ano x 3600 s/ano = 4000 ton/ano x 41, GJ/ton x 85% x (1-0,05)- + 50 kw x 8760 x 3600 x 10-6 GJ/kJ = 131.499 GJ/ano TOTAL = 9.70 + 131.499 = 141.19 GJ/ano A degradação foi então de 191.943-141.19 = 50.74 GJ/ano Aula # P3 : SGCIE Slide 4 of 53
Enunciado Substituição de consumo de electricidade Uma fábrica apresentou um consumo anual de 1800 tep, repartido em 60% de consumo eléctrico e 40% de consumo de gas natural, com um consumo específico de 150 kgep/ton. Uma auditoria energética efectuada à empresa detectou que cerca de 800 MWh eléctricos se destinam a aquecimentos, podendo metade deste consumo ser substituído por recuperações de calor do processo e outra metade ser substituído por calor proveniente de queima adicional de gas natural, com um rendimento de 80%. A iluminação é responsável por 00 MWh, tendo-se concluído que em 0% do tempo a iluminação natural seria suficiente. A queima de gás natural destina-se à produção de ar quente para o processo produtivo, com um rendimento de 80%. Actualmente a empresa perde 10% da sua produção devido a defeitos presentes no produto final. Nos próximos 6 anos a empresa espera implementar as soluções descritas para a electricidade, assim como eliminar as quebras de produção. Dados: PCI GN =45,1 GJ/ton GN ; 1,077 tep/ton GN ; ρ GN =0,8404 kg/m 3 N; 683,7 kg /tep; 15 tep/gwh elec ; 0,47 kg /kwh) Nestas condições responda às seguintes questões: a) Traçe o diagrama de Sankey da situação base. b) Qual foi a produção anual da fábrica e a intensidade carbónica? c) A eliminação dos consumos eléctricos para aquecimentos será suficiente para fazer cumprir o SGCIE? Justifique. Aula # P3 : SGCIE Slide 5 of 53
Substituição de consumo de electricidade a) Gas natural X MWh Centrais térmicas e transporte Gas natural X m3 Rede de transporte Não indicado Fornos - degradação de 0% Luz Calor Etc Ar quente Iluminação desnecessária - degradação de 0% x 00 MWh Quebras Quebras Aula # P3 : SGCIE Slide 6 of 53
Substituição de consumo de electricidade b) Consumo de energia primária 1800 tep/ano Consumo especifico= 0,15tep/ton = logo x= 1.000 ton/ano Produção x Consumo de electricidade = 1800 tep/ano x 60% = 1080 tep/ano sendo 0,15 tep/mwh, vem 1080 tep/ano /0,15 tep/mwh = 5.03 MWh/ano Consumo de gás natural = 1.800 tep/ano x 40% = 70 tep/ano Intensidade carbónica Logo sendo 1,077 tep/ton gn, vem 70 tep/ano /1,077 tep/ton gn = 669 ton gn /ano = [ kg / ano] Emissões de gases de efeito de estufa Consumo total de energia [ tep / ano] 503 MWh/ano 0,47 ton /MWh 70 tep/ano,6837 ton /tep Intens. Carb. + = =,39ton / tep 1800 tep/ano c) Futuro consumo de electricidade = 503 800 = 43 MWh/ano Futuro consumo de gás natural = 70 + aumento gn Aumento gn x PCI gn x η gn = Calor fornecido pela electricidade Aumento gn = (400 Mwh e /ano x 3.600 MJ/MWh) / (80% x 45.100 MJ/ton gn ) = 40 ton gn /ano logo futuro consumo de gás natural = 70 tep/ano +40 ton gn /ano x 1,077 tep/ton gn =763 tep/ano 43 MWh/ano 0,47 ton /MWh 763 tep/ano,6837 ton /tep 403 Intens. Carb. + = = =,41ton / tep 43 MWh/ano x 0,15 tep/mwh+ 763 1671 A intensidade carbónica aumenta: não valida! O futuro consumo específico será de 1.671 tep/1.000 ton = 0,139 tep/ton (-7%, valida) Aula # P3 : SGCIE Slide 7 of 53