8º CONGRESSO IBERO-AMERICANO DE ENGENHARIA MECÂNICA Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007 ANÁLISE TERMO-ECONÔMICA DE UMA UNIDADE DE COGERAÇÃO A GÁS NATURAL COM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO SANTOS, C.M. S. *; TORRES, E.A.*; SANTOS, C. A. C.** *Universidade Federal da Bahia, Laboratório de Energia Rua Professor Aristides Novis, nº 2-3º Andar Federação Salvador Bahia Brasil CEP: 40210-630. carlosmarlon@hotmail.com **Universidade Federal da Paraíba, Laboratório de Energia Solar, Cidade Universitária - João Pessoa - PB - Brasil - CEP - 58051-900 cabral@les.ufpb.br RESUMO O propósito desse trabalho é analisar termo-economicamente uma unidade de cogeração composta por sistema de refrigeração por absorção, operando com a tecnologia amônia água, que utiliza os gases de exaustão de um motor a gás natural. O objetivo desta unidade de cogeração é, no futuro, fornecer energia elétrica e água gelada para um laboratório universitário. A modelagem termodinâmica foi desenvolvida na plataforma computacional EES (Engineer equation solver) e está embasada em processos ideais, dados fornecidos pelo fabricante do motor e na simulação do sistema comercial de refrigeração. A exergia de cada fluxo envolvido é calculada e o balanço exergético da unidade é apresentado, permitindo avaliar qualitativamente e quantitativamente os componentes do sistema, determinando onde as irreversibilidades são mais relevantes. Os custos termo-econômicos de cada um dos fluxos são calculados e conclusões sobre o custo do processo de cogeração são obtidas. Uma análise de sensibilidade é apresentada com intuito de examinar o impacto da variação do cenário econômico, bem como as condições de processo, nos custos de produção de água gelada e energia elétrica. PALAVRAS CHAVE: Cogeração refrigeração por absorção, exergia, termoeconômia.
INTRODUÇÃO Como uma alternativa tecnológica para geração de energia elétrica, a cogeração, definida como a produção de calor útil e energia mecânica, geralmente convertida total ou parcialmente em energia elétrica, a partir da energia química disponibilizada por um ou mais combustíveis, apresenta desempenho satisfatório graças ao uso do potencial energético do combustível. Desta forma, quanto mais produtos forem disponibilizados pela planta de cogeração, ela será mais eficiente. Assim, as unidades térmicas que fornecem além de energia mecânica e térmica, produtos químicos como CO 2 serão as mais eficientes. A avaliação das unidades de geração de energia elétrica é de suma importância quando o objetivo é quantificar as eficiências e as perdas envolvidas nos sistemas térmicos. A priori, a contabilidade energética satisfaz ao investidor e ao operador da unidade. Essa análise fornece os balanços de massa e de energia, dando apenas uma abordagem quantitativa do aproveitamento energético. Todavia, com o aumento da concorrência e a escassez de recursos naturais, uma resposta mais qualitativa ao uso energético - evidenciando os equipamentos e processos que se mostram mais ineficiente foi tornando-se uma realidade. Segundo [1], o que se observa, usualmente, nas análises de sistemas térmicos é a tentativa de diagnosticar as unidades através da análise energética ou da primeira lei. Esta análise oferece resultados úteis, entretanto não contabiliza a quantidade de energia que está sendo dissipada, nem onde ocorrem as irreversibilidades, não demonstrando o porquê de elas surgirem. A resposta qualitativa do desempenho de plantas térmicas é alicerçada na segunda lei da termodinâmica, cuja base é a exergia (parte útil da energia). Seu caráter não é estático e adequa-se às mudanças impostas pelas necessidades sociais. A sociedade vigente requer a detenção de sistemas instalados e operando de forma eficiente, no que se refere aos custos envolvidos nos processo. Desta forma, as informações térmicas fornecidas pela avaliação termodinâmica das unidades foram complementadas por informações de custos de produção dos fluxos envolvidos nos processos. Este trabalho embasa-se na combinação entre a análise exergética e a econômica, consolidando-as através da termoeconômia. Esta abordagem é aplicada a um sistema de cogeração composto por um moto-gerador que queima o gás natural. Este sistema possui capacidade para produzir 214,4 kw e 6,6 kg/s de água gelada a 7 C, e é composto por um motor, acionado á gás natural e uma unidade de refrigeração por absorção de 5TR. METODOLOGIA A termoeconômia é uma metodologia desenvolvida para analisar sistemas térmicos e que tem como fundamento o segundo principio da termodinâmica. Sua base é a exergia, portanto, faz-se necessário começar pela análise exergética, sendo em seguida introduzidos os conceitos econômicos. O principal objetivo da metodologia é atribuir custos ao conteúdo exergético de um portador de energia. Esses custos podem ser expressos em termos de exergia ou em termos monetários. Análise Exergética A unidade de cogeração em analise foi dividida em subsistemas A,B,C,D,E,F,G,H,; e os principais fluxos envolvidos no processo são identificados por números, vide Figura 1. salientando que as válvulas que compõe o sistemas de refrigeração foram incorporadas aos equipamentos que elas servem. Figura 1 Fluxograma do sistema de cogeração
Para efetuar a avaliação exergética e determinar a exergia de cada fluxo, balanços de massa Eq.(1), energia Eq. (2), exergia Eq. (3), foi aplicado aos subsistemas, que assumindo o processo em regime permanente, desprezando-se a energia cinética e potencial e a exergia química. e m= & m& s (1) Q & + (m&.h ) = (m&.h )+ W& (2) v.c. e e s s v.c. T (m& ex )+ (1- )Q & = (m& ex ) + W & + I & (3) 0 e e r s s v.c r Tr ex i = (h i -T0s i ) - (h 0 - T0s 0) (4) O sistema de refrigeração simulado nesta análise tem como base o sistema de refrigeração por absorção usando a tecnologia amônia água de cujo fabricante é a ROBUR -SERVER e o modelo ACF-60. O fluido usado neste ciclo de refrigeração é a solução água amônia, onde a amônia é o fluido refrigerante e a água o fluido absorvente. No gerador, a solução água amônia é aquecida produzindo tanto o vapor de solução amônia a alta pressão como a solução liquida com baixa concentração de amônia. Esta solução é denominada solução fraca. O vapor da solução de amônia passa por um retificador que o separa da água. Desta forma o vapor de amônia tem concentração maior (99,8%). O vapor da solução amônia a alta pressão sai do retificador (ponto 1) e entra no condensador, onde é resfriado e muda para a fase líquida. A solução de amônia líquida tem sua pressão reduzida por uma restrição (trecho 2-3) e mais adiante resfriada num trocador de calor tubo-tubo (trecho 3-4). Finalmente, o fluido refrigerante na fase líquida tem sua pressão reduzida pela segunda restrição. Nestas condições de pressão e temperatura baixas (ponto 5), a amônia líquida entra no evaporador, sofrendo o processo de evaporação devido a retirada de calor do fluido térmico utilizado na refrigeração da água. O vapor, com baixa temperatura e pressão, deixa o evaporador (ponto 6) e troca calor com a amônia líquida oriunda do condensador, no trocador de calor. Então, o vapor de amônia segue para o absorvedor SCA, onde entra em contato com a solução fraca vinda do gerador, que teve sua pressão reduzida por uma restrição. Dentro do SCA, o processo de absorção tem seu início e se expressa como a diluição do vapor de amônia na solução fraca. A absorção do vapor de amônia é um processo exotérmico. Com o objetivo de ter o vapor completamente absorvido pela solução, a solução que sai do SCA segue para as serpentinas do Absorvedor- Condensador, o qual é resfriado a ar. Uma vez concluído o processo de absorção, tem-se solução líquida contendo alta concentração de amônia, denominada solução forte. Em seguida, a solução é bombeada para o gerador. A priori, a solução passa através de serpentinas pelo retificador e pelo SCA, a fim de ser pré-aquecida para entrar propriamente no gerador. Desse modo, uma quantidade menor de calor se faz necessário para acionar o sistema. Esta etapa caracteriza o ciclo GAX (Generator absorver heat exchanger) que consiste no aproveitamento da energia proveniente do processo exotérmico de absorção de vapor de refrigerante na solução fraca, pelo fluxo que segue para o gerador. Algumas considerações são realizadas no intuito de simular o funcionamento do sistema de refrigeração por absorção e determinar as propriedades de estados dos pontos, representado na figura 3.3 citada. Estas considerações estão fundamentadas nos trabalhos de [2] e [3]. i) Na saída do condensador, temperatura do refrigerante líquido corresponde a temperatura de condensação da solução, é expressa pela temperatura ambiente acrescida em 10 ºC. ii) A fração mássica da amônia é assumida neste ponto como 0,998 e vapor saturado; iii) A pressão no ponto 3 é definida através de uma variação de pressão ( P) na primeira válvula; iv) A temperatura no ponto 4 é definida através da eficiência do trocador de calor de refrigerante; v) A temperatura do fluido refrigerante na saída do evaporador (ponto 6) é fixada como a temperatura de evaporação; vi) A temperatura do ponto 9 é idêntica a do ponto 2, haja vista o condensador e o absorvedor dividirem a mesma estrutura; vii) A solução que recircula no absorvedor é aquecida até a temperatura de saturação da solução pobre no ponto 14; viii) Os pontos 1, 2, 6, 9 e 13 são considerados como pontos de saturação; ix) A diferença entre a concentração de amônia na solução forte e na fraca - largura do processo - é fixada; x) O calor do retificador e do SCA é totalmente transferido para a solução que recircula nestes equipamentos. Para realizar a modelagem do motor, dados obtidos através de testes de bancada junto ao fornecedor do conjunto moto-gerador, foram parametrizados conforme a tabela 1 encontrando equações parametrizadas destes dados, sendo essas equações inseridas no EES.
Tabela. 1 Parâmetros do motor. Carga % 37,64 43,86 50,11 56,33 62,61 68,83 75,09 81,28 87,59 93,81 100,00 Velocidade de operação RPM 1204 1403 1603 1802 2003 2202 2402 2600 2802 3001 3199 Potência W m kw 74,1 86,9 98,4 109 120,7 131,3 140,9 150 157,2 163,5 167,2 Vazão de Gás Natural (10-3 ) kg/s 4,74 5,61 6,373 7,274 8,036 8,763 9,317 9,941 10,56 11,36 11,60 Temperatura dos gases C 583,8 602,9 619,6 630,7 656 667,6 678,8 695,4 712,5 715,1 733,5 exaustão Com base no que foi exposto acima, na tabela 2 são apresentados os parâmetros termodinâmicos para cada fluxo. Eles foram enumerados na ordem crescente. Tabela 2 - Propriedades dos Fluxos Fluxo Estado termodinâmico T (ºC) P (bar) X (kg Amônia /kg h Solução) m&(kg/s) (kj/kg) s (kj/kg.k) ex (kj/kg) 1 Refrigerante (amônia a 99,8%) Vapor 54,27 14,28 0,998 0,07347 1340,00 4,348 607,6 2 Refrigerante- líquido saturado 37,00 14,28 0,998 0,07347 174,70 0,6129 563,7 3 Refrigerante - mistura bifásica 33,14 12,78 0,998 0,07347 174,70 0,614 563,4 4 Refrigerante líquido comprimido 6,57 12,78 0,998 0,07347 29,33 0,121 566 5 Refrigerante- líquido comprimido 3,51 4,878 0,998 0,07356 29,33 0,125 564,7 6 Refrigerante - vapor saturado 5,00 4,878 0,998 0,07356 1276,00 4,604 467,1 7 Refrigerante -vapor superaquecido 30,45 4,878 0,998 0,07356 1340,00 4,826 464,9 8 Solução Concentrada-mistura bifásica 64,14 4,878 0,5205 0,3115 416,30 1,905 849,9 9 Solução Concentrada- líquido saturado 37,00 4,878 0,5205 0,3115-73,59 0,394 813,6 10 Solução Concentrada- líquido comprimido 37,17 14,28 0,5205 0,3114-72,05 0,395 814,7 11 Solução Concentrada- líquido comprimido 42,8 14,28 0,5205 0,3114-46,69 0,476 815,8 12 Solução Concentrada- líquido comprimido 63,12 14,28 0,5205 0,3114 45,70 0,759 823,1 13 Solução Diluída líquido saturado 105,15 14,28 0,3705 0,238 251,60 1,319 861 14 Solução Diluída mistura bifásica 74,65 4,878 0,3705 0,238 251,60 1,343 853,8 15 Solução vapor saturado 76,15 14,28 0,9899 0,07496 1420,00 4,588 1048 16 Solução - líquido saturado 76,25 14,28 0,5198 0,001489 106,50 0,937 526,5 17 Água gelada líquido comprimido 12,00 na Na 4,371 50,51 0,181 1,618 18 Água gelada líquido comprimido 7,00 na Na 4,371 29,53 0,106 2,918 19 Gás Natural 27,00 Na Na 0,009199 Na Na Na 20 Gases de exaustão 677,90 na Na 0,1827 Na Na 822,50 Modelagem termoeconômica Em continuidade, pode-se realizar um balanço dos custos exergéticos em cada volume de controle, utilizando-se a matriz de incidência ou através de equações que representem a conservação de custo exergético dos fluxos do sistema. [4] preconizam ser o custo exegético uma propriedade conservativa. É valido ressaltar que o número de volumes de controle é inferior ao número de fluxos. Desta forma, a fim de tornar o número de equações igual ao número de variáveis, O trabalho de [5] recorre às regras de dotação de custos que fornecem um procedimento racional para atribuir os custos exergéticos, baseadas unicamente na termodinâmica. Este procedimento racional está alicerçado nos seguintes parâmetros: a) O custo exergético (B*) de uma corrente ou o fluxo de exergia do insumo (B f *) ou do produto (B p *) é a quantidade de exergia necessária para produzi-lo; b) Uma análise detalhada do processo e da função de cada subsistema na formação dos produtos finais é o único requisito para a atribuição dos custos exergéticos; c) Os custos exergéticos dos fluxos que entram no equipamento ou subsistema devem ser rateados com os fluxos que deixam o mesmo. A partir desses procedimentos os autores propõem algumas regras que aplicadas ao volumes de controle, ou seja, às unidades produtivas que permite a determinação dos custos exergéticos dos fluxos. A primeira proposição (P1), aborda que o custo exergético é uma propriedade conservativa. A segunda proposição (P2) afirma que, na ausência de valoração externa, o custo exergético dos fluxos que entram na planta é igual a sua exergia. A proposição (P3) impõe que num sistema ou volume de controle com mais de um insumo energético entrando ou saindo, que os custos energéticos unitários, k, de saída deverão ser iguais aos de entrada
(regra dos insumos). A quarta proposição (P4), conhecida como a regra dos produtos, afirma que num sistema cujo produto é formado por vários fluxos, o custo exergético será o mesmo para cada um deles. Finalmente, a proposição (P5) estabelece que aos fluxos das perdas externas deve-se atribuir custo exergético nulo, pois não haverá utilização posterior. A utilização da proposição 5 num subsistema onde ocorre perda de exergia para o exterior, o torna responsável por uma irreversibilidade que não lhe é intrínseca. Onerando a esse subsistema o ônus de uma irreversibilidade (externa), fruto de toda uma cadeia de interações entre vários subsistemas. A determinação dos custos monetários de uma instalação térmica é necessidade de todo empreendimento, entretanto essa análise é convencionalmente realizada com base energética e abordando a unidade de maneira macro. A termoeconômica visa onerar os custos com a base exergética, que objetiva a quantificação monetária dos fluxos envolvidos nos sistemas - tanto os principais quanto os secundários - permitindo desta forma a identificação de certos gargalos que outrora não eram observados. Segundo relatado em [6] a análise que atribui valores monetários aos fluxos termodinâmicos, análise termoeconômica, tem sua base exergética e é uma complementação da teoria do custo exergético. Esta análise fornece os custos financeiros aos fluxos exergéticos da instalação térmica, levando em consideração as unidades produtivas da planta. Deste modo, tem-se uma noção mais apurada de onde se deve atuar, buscando-se tanto uma melhoria termodinâmica, através da análise de segunda lei, quanto uma otimização econômica. A quantificação destes custos é realizada segundo a Eq.(5), onde o termo Z leva em consideração custos de investimento, manutenção e operação. A depender da análise, estes custos podem ser desconsiderados. Os termos c p e c f correspondem, respectivamente, aos custos expressos em unidade monetária por unidade de exergia, tanto para o produto quanto para o insumo. Estes são multiplicam o valor das exergia destes fluxos. c.ex = c.ex + Z (5) * * p p f f Nesta análise, o termo de investimento, ou seja, o custo de aquisição do motor e do sistema de refrigeração foi considerado. A esse custo, é aplicado um fator de recuperação de capital baseado numa série uniforme de pagamento que objetiva remunerar um determinado capital, a uma dada taxa de juros, durante certo período de tempo. Conforme metodologia exposta em [7], o fator de recuperação de capital (A/P) é expresso pela Eq.(6) e o custo monetário pontual dos subsistemas da unidade de cogeração é determinado pela Eq.(7) n A i(1+ i) = n P (1 + i) 1 (6) (A / P) Z i =.F (7) i t op Onde t op é o tempo de vida útil, dado em segundos, dos equipamentos e F i o investimento inicial de cada equipamento expresso em R$. Assim, ao aplicar-se esta metodologia ao sistema em análise, representado pela figura 1 em todas as unidades produtivas obtém-se um sistema linear onde o número de equações corresponde ao numero de fluxos do sistema. e a solução simultânea desse sistema corresponde os resultados da tabela 3. Tabela 3 Resultados dos custos exergéticos e monetários Fluxo Descrição B * (kw) k (kw/ kw) C* (kr$/ano ) C** R$/ton (R$/MWh#) 1 Refrigerante 1017,52 22,79 773,01 333,63 2 Refrigerante 1014,76 24,5 772,17 333,27 4 Refrigerante 1018,97 24,5 775,38 334,66 6 Refrigerante 881,02 25,64 662,71 285,68 7 Refrigerante 876,81 25,64 659,54 284,31 8 Solução Concentrada 6141,94 23,2 4.658,76 474,25 9 Solução Concentrada 6130,83 24,19 4.655,29 473,90 10 Solução Concentrada 6132,37 24,17 4.656,48 474,17 11 Solução Concentrada 6437,9 25,34 4.890,13 497,96
12 Solução Concentrada 5842,44 22,79 4.438,50 451,97 13 Solução Diluída 4669,67 22,79 3.547,55 472,66 17 Entrada água gelada 7,07 1,00 276,66 2,01# 18 Saída Água gelada 145,02 11,37 389,41 2,82# 19 Gás Natural 472,47 1,00 238,77 823,06 20 Gases de exaustão 150,28 1,00 115,63 20,07 21 Energia elétrica 322,19 2,01 123,58 87,84 22 Perda condensador 2,76 1,00 0,87 36,00 23 Perda Resfriador 11,11 1,00 3,50 36,00 24 Wbomba 1,54 1,00 1,19 87,90 RESULTADOS Baseado nos resultados dos estados termodinâmicos do sistema cogeração é possível avaliar o sistema à luz da primeira lei da termodinâmica, identificando assim os fluxos de calor trocados nos diversos volumes de controle. Esses resultados estão dispostos na figura 2. Como fora abordado anteriormente o elo entre o motor e o sistema de refrigeração por absorção é o fato de os gases de exaustão acionar o sistema de refrigeração por absorção, desta forma a quantidade de energia que entra no gerador de vapor é a própria energia dos gases de exaustão. Componentes do sistema Fluxo de calor (kw) Resfriador a ar 157,6 Gerador 152,00 Evaporador 91,71 Condensador 85,59 SCA 28,77 Retificador 7,90 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 157,60 152,00 Resfriador a ar Fluxo de calor (kw) 91,71 85,59 Figura. 2 - Fluxos energéticos do sistema de refrigeração por absorção. Observa-se que o fluxo de calor do resfriador expressa um valor significante com relação aos demais, isso é devido, ao processo de absorção iniciar no absorvedor (SCA) continuar ao longo do resfriador e por essa reação ser exotérmica era de se esperar um valor maior do fluxo de calor neste equipamento. O complemento da análise energética primeira lei da termodinâmica se expressa pela avaliação exergética, onde o princípio da exergia permite a identificação das irreversibilidades do sistema, bem como a detecção, equipamento a equipamento, das perdas mais pronunciadas. Estes resultados possibilitam que o investimento para melhoria do sistema seja direcionado a pontos onde a resposta será mais expressiva. A figura 3 mostra as irreversibilidades de cada componente do sistema de refrigeração por absorção e o fator δ que representa a parcela percentual de irreversibilidade frente a irreversibilidade total do equipamento. O que permite visualizar onde ocorrem as maiores destruições exergéticas. 28,77 7,90 Gerador Evaporador Condensador SCA Retificador Componentes do sistema Irreversibilidade (kw) δ (%) Gerador 124,00 53,37% Retificador 33,89 14,59% SCA 29,67 12,77% Resfriador a ar 22,42 9,65% Evaporador 14,43 6,21% Condensador 5,98 2,58% Válvulas 1,79 0,77% Trocador de calor 0,1614 0,07% Total 232,35 100,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% 53,37% 14,5 9 % 12,7 7 % 9,65% 6,21% 2,58% 0,77% 0,07% Ger ador Retif icador SCA Resf r iador a ar Evapor ador Condensador Valvulas Tr ocador de calor Figura. 3 - Irreversibilidades dos componentes do sistema de refrigeração. A informação de irreversibilidade é a essência da análise através da segunda lei da termodinâmica, pois informa onde ocorrem as maiores perdas no sistema, indicando assim em quais volumes de controle, os esforços de melhoria devem ser concentrados.
Primeiramente, o gerador e o retificador apresentam as maiores irreversibilidades do sistema de refrigeração por absorção, somando 67,69% da irreversibilidade total do sistema. Este fato deve-se principalmente aos seguintes fatores: i) é no gerador onde se apresentam as maiores temperaturas do sistema ii) o processo de desorção, ou seja, separação do vapor de amônia da solução é um processo intrinsecamente irreversível por envolver diferentes espécies químicas. Os volumes de controle responsáveis pela absorção do vapor de refrigerante na solução (SCA e resfriador) aparecem como o segundo grupo de equipamentos com maior irreversibilidade. Este grupo é responsável por 22,42% da irreversibilidade total do sistema. Este fato já era esperado, não só pelo nível de temperatura, bem como, pela natureza da reação química que ocorre nesses volumes de controle. Para o caso exemplo é fixado um tempo de retorno do investimento de 15 anos a uma taxa real de juros de 10% estes valores são aplicados na determinação do fator de recuperação de capital conforme fora descrito anteriormente. A tabela 3 listou os resultados dos parâmetros termoeconômicos para cada fluxo do sistema, contendo os fluxos exergéticos (Ex), os fluxos dos custos exergéticos (B*), os custos exergéticos unitários (k), os custos monetários (C*) expresso em R$/s e R$/ano. Os custos totais (C**) em R$/MWh para os fluxos de potência e em R$/t para os demais fluxos. Foram destacados os fluxos de saída da unidade de cogeração, que representam os produtos, as correntes 18 e 21 que representam água gelada e a energia elétrica produzidas pela planta, e as perdas representadas pelas correstes 22 e 23 que são os fluxos de calor que deixam o condensador e a resfriador respectivamente. Os insumos da planta estão representados pelos fluxos 17, 19 e 24 que representam água que entra no evaporador, o combustível que alimenta o motor e a trabalho necessário para acionar a bomba. Nesta análise não foi considerado o custo da água de realimentação do sistema, ou seja, a água utilizada para compensar as perdas por vazamentos, paradas de manutenção e etc. Com base ainda na tabela 3 é possível identificar todos os fluxos de entrada com seus respectivos custos monetários, excluído o investimento, perfazem um total de 516,61 kr$/ano (fluxos 17+19+24). Identificam-se também os fluxos de saída, esses se encontram divididos em duas categorias, a dos produtos propriamente dito, que totalizam um custo de 512,98 kr$/ano (fluxos 18+21) e a das perdas que somam 4,37 kr$/ano (fluxos 22+23). O aproveitamento desse potencial requer uma análise de custo beneficio. O investimento realizado na unidade de cogeração, depois de aplicado o fator de recuperação de capital é diluído ao longo da vida da unidade. Existe também um rateamento do custo da unidade de refrigeração por absorção entre seus subsistemas. Pelo balanço monetário, evidenciado na tabela 4, o custo total na saída da unidade tem que ser igual ao custo total da entrada acrescido do custo de investimento. Tabela 4 - Balanço de custos monetários da unidade de cogeração Entradas Saidas Fluxo (kr$/ano ) (kr$/ano ) Fluxo Água Gelada 17 276,66 389,41 18 Água Gelada Gás Natural 19 238,77 Unidade 123,58 21 Energia Elétrica Wbomba 24 1,18 Cogeração 3,50 22 Perda condensador Investimento 0,74 0,87 23 Perda Resfriador Total 517,36 517,36 Total CONCLUSÃO A utilização dos recursos energéticos não renováveis como: os derivados de petróleo, gás natural dentre outros, requer uma política eficaz para que se possa alcançar a otimização dos sistemas em que eles são aplicados. Tecnicamente, diversas abordagens tratam do assunto, contudo a avaliação dos sistemas no ponto de vista econômico mostra as condições de remuneração do capital empregado no empreendimento. As análises energética e exergética fundamentam o estudo termoeconômico e os seus resultados, fornecem informações que influenciam na operação da unidade A análise energética, primeiro resultado da metodologia, permitiu a identificação dos do estado termodinâmico dos fluxos de calor da unidade. Possibilitando assim a determinação da quantidade de energia que é retirada do ambiente que se deseja resfriar, em função da energia disponível dos gases de exaustão do motor. Permite também determinar a vazão de água gelada necessária para manter a temperatura conforme especificada. Em complemento é a análise exergética que fornece informação acerca das irreversibilidades da unidade. Tornando possível identificar o processo de dessorção como o mais irreversível perfazendo seguido do processo de absorção do vapor de refrigerante pela solução fraca.
A análise termoeconômica fornece resultados referentes os custos de produção da unidade. Contabilizando os insumos da planta e o investimento nos equipamento. Observa-se uma tarifa de produção de energia elétrica de 87,83 R$/MWh que acarreta um custo de produção de 120.750,00 R$/ano. Outro produto dessa unidade cogerativa é a água gelada produzida no chiller à absorção, onde o custo líquido de produção corresponde a 0,87 R$/t. Salientando que foi desprezado do o custo com água de realimentação do sistema. Tanto o condensador quanto o resfriador ao cumprirem sua função na unidade, a de retirar calor do fluido de trabalho, rejeitam certa quantidade de energia. Essa energia é considerada uma perda do sistema. Através da análise termoeconômica, aplicada ao sistema é possível valorar essa perda energética. Que pra o caso analisado foi de 4.210,00 R$/ano. Esta informação fornece subsídio para um possível estudo de viabilidade do aproveitamento desses fluxos energéticos. As recomendações para trabalhos futuros são de diversa natureza: trabalho que complementam a simulação; trabalhos no que tange a validação dos dados e por último trabalho de aplicação dos resultados atingidos interferindo no ponto de operação da unidade. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq REFERÊNCIAS 1. TORRES, E.A., 1999, Avaliação energética e termoeconômica de um sistema de co-geração de um pólo petroquímico, tese D.Sc. FEM/UNICAMP Campinas SP, Brasil. 2. Herold, K.E., R. Radermacher, S. Klein. 1996, Absorption chillers and heat pumps. New York: CRC Press 3. Manrique, J.A. 1991, Thermal performance of an ammonia water refrigeration system. Int. Comm. Heat Mass Transfer, v. 18, pp 779-789. 4. Valero, A., Lozano, M. A., 1993, Theory of exergertic cost. Energy, v. 18, n. 9, pp. 939-960. 5. Valero, A., Lozano, M.A. Bartolomé, J.L. 1996, On-line monitoring of power-plant performance using exergetic cost, Applied thermal engineering, v. 16, n. 12, pp. 933-948. 6. Santos, C. M. S. 2005, Analise exergoeconomica de uma unidade de cogeração a gas natural com refrigeração por absorção, dissertação de mestrado CPGEM/UFPB João Pessoa PB, Brasil 7. Moreira, H. L. 2004, Análise termoeconômica de sistema de refrigeração por absorção com o par água brometo de lítio tese de D.Sc CPGEM/UFPB João Pessoa PB, Brasil. UNIDADES E NOMENCLATURA A/P Fator de recuperação de capital B * Custo exergético (kj/kg) C* Custo monetário (R$/s) C** Custo Total (R$/MWh##) ou (R$/t) c * Custo monetário por exergia (R$/GJ) Ex Exergia total (kw) ex Exergia especifica (kj/kg) F Investimento (R$) H Entalpia Total (kw) h Entalpia especifica (kj/kg) I Irreversibilidade (kw) i Taxa de juros real (%) n Tempo de retorno de investimento (anos) P Pressão (bar) Q Calor (kw) k Custo exergético unitário (kj/kj) s Entropia especifica (kj/kg.k) T Temperatura ( C) t Tempo (s) u Energia interna específica (kj/kg) V Velocidade (m/s) v Volume específico (m 3 /kg) W Trabalho (kw) X Concentração da solução de amônia (kg Amônia /kg Solução) Z Custo de investimento (R$/s) δ Parcela de irreversibilidade (%)