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    Engineering

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planta cogeração de energia

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  • 1. Curso de Vapor - SINATUB Data: 28 e 29 de Agosto de 2003 Local : Hotel Nacional Inn Village - Auditrio Cenacon Ribeiro Preto - S.P. Gerao, Distribuio, Utilizao e Consumo Tecnologia de Cogerao de Energia Palestrante: Eng Reynaldo Lagonera Quinto 1
  • 2. ndice 2 Pagina 1 INTRODUO............................................................................................ 3 2 EMBASAMENTO TERICO....................................................................... 3 3 CICLOS DE POTNCIA USADOS NA COGERAO DE ENERGIA ..... 11 3.1 Ciclos Termodinmicos Bsicos.......................................................... 14 3.2 Ciclos Alternativos ................................................................................ 21 3.3 Ciclos e Processos Inovativos ............................................................. 26 4 COGERAO DE ENERGIA ................................................................... 35 4.1 Introduo .............................................................................................. 35 4.2 Cogerao com Turbinas a Vapor........................................................ 38 4.3 Cogerao com Turbinas a Gs ........................................................... 41 4.4 Cogerao em Ciclo Combinado.......................................................... 43 4.5 Cogerao com Motores de Combusto Interna ................................ 51 4.6 Custos de Gerao ................................................................................ 52 5 CALDEIRAS DE RECUPERAO DE CALOR....................................... 54 5.1 Introduo .............................................................................................. 54 5.2 Tipos bsicos......................................................................................... 54 5.3 Conceitos Gerais de Dimensionamento .............................................. 60 5.4 Aspectos Construtivos.......................................................................... 61 5.5 Rendimento ............................................................................................ 62 5.6 Sistema de Tiragem dos Gases de Exausto...................................... 63 5.7 Fabricantes............................................................................................. 65 6 EQUIPAMENTOS DE CICLO TRMICO.................................................. 67 6.1 Condensador e Torres de Resfriamento.............................................. 67 6.2 Desaerador e Pr-Aquecedores de gua de Alimentao ................. 72 6.3 Bombas................................................................................................... 74 7 ENCERRAMENTO.................................................................................... 83
  • 3. 1 INTRODUO J foi pensamento comum, no passado, que o termo cogerao significava a operao em paralelo do sistema de um autoprodutor com a rede eltrica da concessionria. Cogerao, conceito adotado internacionalmente e definido pela ABNT como o uso de uma fonte energtica nica (normalmente referenciada ao combustvel) para produzir duas formas diferentes de energia - energia eltrica ou mecnica e energia trmica. A maioria da literatura disponvel sobre o assunto usa a definio gerao simultnea de eletricidade e de calor, o que no est errado, mas tambm no est rigorosamente correto. Em primeiro lugar, nem sempre prevalece a combinao eletricidade e calor, energia eltrica e energia trmica. Em alguns casos, a coligao pode ser a energia mecnica com a energia trmica. Em segundo lugar, a gerao de energia no efetuada de forma simultnea, mas de modo seqencial. Portanto, modificando-se a definio anterior de cogerao, teremos finalmente a seguinte definio: Cogerao a produo seqencial de duas formas de energia (normalmente eltrica e trmica), atravs de uma nica fonte energtica. 2 EMBASAMENTO TERICO A cogerao est alicerada em princpios termodinmicos. A termodinmica, no seu sentido mais amplo, uma cincia que trata dos vrios fenmenos de energia e das propriedades relacionadas matria, especialmente no que concerne s leis das transformaes de calor para outras formas de energia, e vice versa. Na prtica, a engenharia termodinmica se baseia nas transferncias de energia atravs de fluidos que transportam trabalho e que so utilizados em mquinas trmicas. Essas mquinas podem ser projetadas para produzir trabalho atravs da queima de combustveis ou da transferncia de calor. O projeto, a operao e o desempenho de usinas termeltricas de cogerao, dependem consideravelmente dessa cincia. A importncia dessa cincia fica mais evidente quando consideramos que mquinas trmicas, tais como turbinas e motores de combusto interna, respondem por 90% da potncia motriz mundial, os outros 10% so fornecidos por centrais hidreltricas. importante ressaltar que quase 60% do consumo mundial de energia primria destinado ao acionamento de motores trmicos. Definies Bsicas: SISTEMA definido como uma poro do universo, seja um tomo, uma certa quantidade de matria ou um certo volume no espao, que se deseja estudar. uma regio circundada por fronteiras especficas, as quais podem ser imaginrias, estar em movimento ou em repouso. Em termodinmica, o termo SISTEMA identifica o objeto da anlise. 3
  • 4. SISTEMA FECHADO um sistema com quantidade fixa de matria, sem adio ou diminuio de massa com o meio exterior. SISTEMA ABERTO o que envolve transferncia de massa e energia com o meio exterior. PROPRIEDADE a caracterstica MACROSCPICA de um sistema, como MASSA, VOLUME, ENERGIA, PRESSO E TEMPERATURA, que no depende do histrico deste sistema. Uma determinada quantidade ou caracterstica (massa, volume, temperatura, etc.), uma PROPRIEDADE somente se a mudana de seu valor entre dois estados independente do processo. As propriedades termodinmicas para uso em engenharia so apresentadas em vrias formas, incluindo grficos, tabelas e equaes. Adicionalmente, valores de propriedades termodinmicas para um crescente nmero de substncias esto disponveis em programas para micro-computadores. SUBSTNCIA PURA definida como aquela que possui uma composio qumica fixa. No precisa ser um elemento qumico ou composto. Uma mistura de vrios elementos pode ser uma substncia pura, desde que a mistura seja homognea. O estado de equilbrio dessas substncias definido pelas suas propriedades. Como exemplos de substncias puras temos a gua, o hlio e o dixido de carbono. ESTADO a condio do sistema descrita por suas propriedades. Como normalmente existem relaes entre as propriedades, o ESTADO pode ser caracterizado por um subconjunto de propriedades. Todas as outras propriedades podem ser determinadas em termos de subconjunto. PROCESSO a mudana de estado da matria, devido modificao de uma ou mais propriedades. Processos bsicos de mudana de estado da matria: Processo isocrico ou isomtrico o que se passa a volume constante; Processo isobrico o que se processa presso constante; Processo isotrmico o que ocorre temperatura constante; Processo adiabtico aquele que ocorre sem troca de calor com o ambiente; Processo isentrpico o processo reversvel e adiabtico. 4
  • 5. ESTADO ESTACIONRIO aquele cujas propriedades so imutveis em funo do tempo. CICLO TERMODINMICO definido como a seqncia de processos que comeam e terminam em um mesmo estado (exemplo: o vapor circulando num ciclo de potncia). Os ciclos dos processos reversveis so chamados de ciclos ideais. Os ciclos reais so, porm, formados por processos irreversveis. ENERGIA INTERNA, U a soma das energias cintica e potencial de um corpo ou de uma substncia. a energia armazenada dentro de um corpo, em virtude da atividade e configurao de suas molculas e das vibraes dentro dessas molculas. CALOR, Q Podemos definir como a energia em trnsito que passa de um corpo ou de sistema para um outro, unicamente por causa da diferena de temperatura entre os corpos ou sistemas. Representa a parte da energia interna transferida num processo termodinmico (recebida ou rejeitada por um corpo). Para processos reversveis usando vapor num sistema esttico (sem fluxo), o calor ter as seguintes expresses: Para um processo a volume constante: Q = W + U = U2 U1 Para um processo presso constante: Q = W + U = p (V2 V1) + (U2 U1) = H2 H1 Para um processo adiabtico: Q = 0 TRABALHO, W a energia em trnsito que atravessa as fronteiras de um sistema e pode se manifestar com o efeito nico de levantamento ou deslocamento de um peso. O TRABALHO parte tambm da energia interna transmitida num processo termodinmico. Distingue-se do calor no sentido de que a transferncia de energia acompanhada por um movimento visvel do corpo ou, s vezes, por uma mudana de volume. H duas formas de transferncia de trabalho: 1) Transferncia por deslocamento (exemplo: movimento do mbolo de um pisto); Para uma relao contnua e reversvel entre as propriedades p (presso) de uma substncia e V (volume) a expresso do trabalho transferido : W = 2 5 1 p dV Para um processo a volume constante: W = 2 1 p dV = 0
  • 6. Para um processo `a presso constante: W = 2 6 1 p dV = p (V2 V1) Para