4. MONITORAMENTO E DIAGNÓSTICO UTILIZANDO A ANÁLISE ENERGÉTICA
4.2 Diagnóstico em Sistemas Energéticos de Potência
Uma vez que o sistema energético de potência foi monitorado ou está sendo monitorado, os parâmetros de monitoramento, como por exemplo, a pressão, a temperatura e a vazão mássica, podem ser utilizados para analisar o estado de operação (eficiência de operação) do equipamento ou dos diversos subsistemas que compõem uma usina nuclear. O diagnóstico é essa avaliação com bases nos dados ou parâmetros monitorados. Conforme Remiro e Lozano (2007), o diagnóstico em sistemas energéticos de potência permite medidas corretivas para o perfeito estado de operação da usina e dos equipamentos. Assim, o objetivo de diagnosticar sistemas energéticos de potência é localizar e interpretar os sinais de degradação dos equipamentos e quantificar o efeito na usina.
Da mesma forma que os sistemas energéticos de potência são monitorados em diversos aspectos, os diagnósticos obtidos também seguem essa linha. No trabalho realizado e de modo geral que é descrito, o objetivo são os dados de operação ou monitorados nos equipamentos com base nos parâmetros termodinâmicos.
Assim, para o diagnóstico realizado em sistemas energéticos de potência por meio do monitoramento termodinâmico, visa-se:
Localizar os equipamentos que estão causando aumento de recursos (energia fornecida para obter um produto);
Identificar as causas do consumo adicional de recursos em cada equipamento (normalmente vinculado ao diagnóstico mecânico);
Quantificar o consumo adicional de recursos que pode ser evitado.
O efeito da degradação ou anomalias (perda energética nos processos termodinâmicos) ocasionadas nos equipamentos de um sistema energético de potência, segundo Pacheco et al.
(2011), tem um impacto direto sobre esse sistema, sendo que resulta em uma redução de potência e, consequentemente, no aumento da quantidade de recursos fornecidos ao sistema para obter o mesmo produto.
As principais causas de aumento do consumo dos recursos (ou energia) em sistemas energéticos de potência para obter um produto são (REMIRO E LOZANO, 2007):
Mudança nas condições ambientais;
Defeitos nos sistemas de controle durante o monitoramento;
Degradação ou perda de desempenho dos equipamentos ao logo da vida útil.
Assim, o diagnóstico juntamente com o processo de monitoramento em sistemas energéticos de potência passa pelas seguintes etapas (USÓN, 2007, 2009, 2011): (i) definir apropriadamente os parâmetros dos sistemas analisados; (ii) obter os desvios destes parâmetros com relação a um estado de referência; (iii) analisar o efeito desse desvio no rendimento global da usina; (iv) filtrar as principais causas de aumento do consumo de recurso no sistema.
4.2.1 Diagnóstico Termodinâmico e a Análise Exergética
O diagnóstico termodinâmico baseia-se no monitoramento de parâmetros termodinâmico (Ex: pressão, temperatura, vazão mássica, e outros.) nos subsistemas (equipamentos ou conjuntos de equipamentos) referente a qualquer sistema, no caso especifico deste trabalho, a sistemas energético de potência (usinas nucleares). Em sequência, os parâmetros termodinâmicos obtidos são comparados com estado de referência ótima ou ideal para operação. As comparações dos parâmetros termodinâmicos estão relacionadas aos valores medidos e/ou calculados para as condições reais e de referência. O estado de referência dependerá do objetivo da análise e do diagnóstico do sistema (VALERO et al., 2002, 1996).
Para o diagnóstico termodinâmico encontram-se várias técnicas utilizadas, das quais, mencionam-se: diagramas de funcionamento ou curvas de desempenho; tabelas de
análise do caminho do gás; termocaracterização; análise exergética e termoeconômica, entre outros. As técnicas poderão ser relativamente simples, dependendo da técnica escolhida, ou até métodos mais complexos.
O diagnóstico termodinâmico realizado em sistemas energéticos de potência pela análise exergética baseia-se nos cálculos das exergias física e química com a definição de um ambiente de referência como será visto nos próximos tópicos. O Estado de referência (ou ideal) para o diagnóstico exergético representam os processos termodinâmicos ideias nos equipamentos sem irreversibilidades. No caso para comparar as usinas nucleares adotou-se como referência para o diagnóstico comparativo um perfil médio exergético das usinas analisadas que contém as médias das frações de irreversibilidades produzidas (concentrações das irreversibilidades) e das eficiências exergéticas dos equipamentos. Os resultados obtidos permitem identificar e avaliar o real estado de operação e de desempenho dos equipamentos, assim como, o estado de operação e desempenho das usinas nucleares, permitindo que o monitoramento desempenho possam ser feitos de maneira criteriosa e precisa nas principais fontes de irreversibilidades (perdas energéticas) das usinas nucleares.
4.2.2 Monitoramento e Diagnóstico Exergético Proposto pelo Trabalho
para as Usinas Nucleares Analisadas
No trabalho foi realizado um diagnóstico comparativo para diferentes usinas nucleares com diferentes capacidades, utilizando a análise exergética a partir dos dados de operação das usinas nucleares. Os resultados do diagnóstico permitem enumerar as principais fontes de irreversibilidades das usinas nucleares e o real estado de operação e de desempenho dos equipamentos e das usinas nucleares abordadas.
Assim, uma vez realizado o diagnóstico exergético para as usinas nucleares analisadas, uma análise comparativa pode ser feita com as usinas nucleares utilizando-se como critério o perfil médio exergético das usinas nucleares abordadas, que contém a média das frações de irreversibilidades geradas para cada equipamento como também a média das eficiências exergéticas dos equipamentos das usinas analisadas.
A realização do diagnóstico exergético permite o melhoramento do processo de monitoramento, pois o diagnóstico exergético permite identificar, quantificar e por fim,
enumerar as magnitudes das irreversibilidades geradas nos equipamentos das usinas nucleares e as reais eficiências dos equipamentos, podendo-se priorizar quais equipamentos são mais sensíveis ou criticos as irreversibilidades e que causam grande impacto na eficiência da usina nuclear, necessitando assim, de um acompanhamento ou monitoramento constante.
O monitoramento de desempenho com mudanças de parâmetros termodinâmicos das usinas nucleares também pode ser realizado pela análise exergética. Neste trabalho, os dados de operação obtidos na literatura das usinas nucleares analisadas referem-se as usinas nucleares operando em carga nominal sem a variação dos parâmetros termodinâmicos.