Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Estudo e Aprimoramento da Eficiência Térmica de uma Usina Termoelétrica com Bagaço de Cana de Açúcar
AUTORES: Gomes, M.M. (INSTITUTO FEDERAL DE GOIAS-CAMPUS GOIÂNIA) ; Souza, F.G. (INSTITUTO FEDERAL DE GOIAS-CAMPUS GOIÂNIA)
RESUMO: No presente trabalho é realizado o estudo e o aprimoramento da eficiência
térmica de uma usina termoelétrica. O ciclo de operação da usina é o ciclo de
Rankine e a modelagem para as mudanças propostas é baseada no ciclo
reaquecido. No experimento é considerado o sistema de ciclo com reaquecimento
no qual a pressão de reaquecimento é um quarto da pressão máxima do ciclo. A
análise realizada para este ciclo retrata uma eficiência de 27,28% para o
ciclo reaquecido. Um acréscimo de temperatura de entrada na turbina aumentará
a eficiência do ciclo, devido ao aumento do trabalho líquido, resultando em um
ciclo de perdas mínimas.
PALAVRAS CHAVES: Biomassa; Energia elétrica; Ciclo de Rankine reaqueci
INTRODUÇÃO: Usinas termoelétricas utilizam uma fonte calorífica como energia térmica
para produzirem energia elétrica. Esta fonte calorífica pode ser provida da
queima de combustíveis de diversas fontes, seja de combustíveis fósseis
(carvão mineral) ou combustíveis renováveis (biomassa).
O uso de combustíveis fósseis interliga-se a uma problemática ambiental
relacionada à poluição, degradação ambiental, crise de recursos naturais e
energéticos (SILVA; CARVALHO, 2002). Nesta perspectiva o uso da biomassa
como fonte de energia se apresenta como uma alternativa de superar esses
desafios.
Atualmente Brasil e Índia produzem cerca de 60% da produção global de cana
de açúcar (Silva et al 2015 apud Netafim, 2014) e desta produção de biomassa
estima-se que menos de 10% seja utilizado para a geração de energia
(Oliveira, 2012) o restante, em geral, corresponde em desperdício de
potencial energético.
Segundo levantamento realizado pela Tecnogera, no Brasil há quase 2000
usinas termoelétricas que produzem cerca de 25% da capacidade de todo o
país, e que já abastecem cidades com sua produção de energia elétrica.
Dentre estas termoelétricas, 434 são provenientes de usinas sucroalcooleiras
que reaproveitam biomassa da cana de açúcar para cogeração de energia (IPEA,
2010).
Adicionado a este quadro, ressalta-se a necessidade de desenvolver
atividades de reaproveitamento de biomassa, como o bagaço de cana de açúcar
gerado por usinas sucroalcooleiras, e os grãos gerados pela indústria
olífera.
De acordo com Centro Nacional de Biomassa (2003), o estado de Goiás
apresenta 50 MW de produção de energia relacionada ao setor sucroalcoleiro e
o grande desafio enfrentado é o aprimoramento da eficiência energética de
forma a consumir menos recursos naturais e obter maior quantidade de energia
produzida.
MATERIAL E MÉTODOS: Neste trabalho é realizado um estudo de caso de uma central energética de
Morrinhos, que opera de acordo com o ciclo de Rankine reaquecido, no qual se
analisa a eficiência da usina objetivando na proposta de melhoria. Para
isso foram coletadas temperatura e pressão de entrada e saída de cada
equipamento da usina; capacidade de produção na qual a usina foi projetada;
máxima temperatura de vapor superaquecido e máxima variação de temperatura.
Em seguida, com o auxílio de tabelas termodinâmicas, foram obtidos as
entalpias, entropias e títulos em cada estágio do ciclo. Os resultados
analisados foram baseados nas propriedades da água para o estado saturado e
vapor d’água superaquecido. As equações utilizadas são baseadas na primeira
lei da termodinâmica onde são avaliadas as diferenças de entalpia.
A partir desses parâmetros foi implementado uma rotina analítica utilizando
o software Scilab para realização da otimização de parâmetros ideais de
operação da usina.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A análise do sistema parte do princípio da interdependência associada ao
ciclo de reaquecimento, ou seja, a pressão de saída na turbina de alta
pressão e a pressão de reaquecimento não se relacionam com a pressão de
entrada da turbina de alta pressão (Fig. 1). Segundo Çengel et al. (2008) é
aconselhável reaquecer o vapor a uma pressão cerca de um quarto da pressão
máxima do ciclo. Deste modo, ao aplicar essa condição ao ciclo observa que a
eficiência do sistema tende a aumentar à medida que se aumenta a temperatura
(Fig. 2a) acarretando por consequência no aumento do título (Fig. 2b).
Devido ao aumento de pressão na entrada da turbina de alta pressão ser
elevada ocorre um aumento de seu trabalho. Na turbina de baixa pressão o
valor da entalpia é aumentado no estágio 5 (Fig. 1) resultando em um
trabalho mais alto, o que implica em um aumento do trabalho líquido e por
consequência da eficiência. Se o título da mistura que passa pela turbina se
torna muito pequeno, o impacto das gotículas de líquido, referentes ao fluxo
da mistura líquido- vapor, pode causar a erosão das pás da turbina,
diminuindo a eficiência da turbina e aumentando a necessidade de manutenção.
Portanto, o título influência na eficiência por representar uma diminuição
do teor de umidade no estágio de baixa pressão da turbina, produzindo um
aumento na eficiência.
Figura 1
Figura 1-Ciclo de Rankine reaquecido analisado.
Figura 2
Figura 2-(a)Relação entre eficiência e
temperatura.(b)Relação entre eficiência e título.
CONCLUSÕES: A análise feita do aprimoramento da eficiência térmica da usina termoelétrica
com bagaço da cana de açúcar retrata os efeitos do ciclo de Rankine no
processo e a sua influência.
A eficiência do ciclo está inteiramente relacionada às pressões e temperaturas
nas quais o processo está submetido. Um aumento de temperatura (ou pressão) na
entrada da turbina e uma redução da pressão de saída favorecem no aumento do
trabalho líquido do sistema, proporcionando o aumento do rendimento térmico.
No ciclo analisado há uma menor umidade no estágio de baixa pressão,
resultando no aumento da eficiência.
AGRADECIMENTOS: Ao IFG e o corpo docente da Mecânica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ÇENGEL, Yunus A.; BOLES, Michael A. Thermodynamics: An egnineering Approach. Sixth Edition. New York: McGraw-Hill, 2008.
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