FUNCIONAMENTO DO SISTEMA

O motor pode utilizar-se de GLP, GNV ou gasolina como combustível, gerando uma potência de eixo da ordem de até 44 kW a 6400 rpm e aciona um gerador elétrico com rendimento nominal de 80%. Esse motor, refrigerado a água, teve seu radiador original substituído por um trocador de calor (TC1) (efetividade 0,7) onde a energia térmica retirada no arrefecimento (água sai do motor a 90 ºC e entra a 70 ºC) é usada para a produção de água quente. Os gases de exaustão são direcionados para um segundo trocador de calor (TC2) com efetividade 0,7 onde têm sua temperatura reduzida aos níveis exigidos pelo sistema de absorção (197ºC). Antes de ir para o trocador de calor (TC2), eles passam por catalisadores para reduzir a emissão de poluentes e, após acionar o sistema de absorção, são lançados na atmosfera a temperaturas mais baixas (149ºC). O calor rejeitado nesse processo de abaixamento de temperatura, (os gases saem do motor a 541 ºC e vão para a máquina de absorção a 197 ºC), é utilizado para aquecer água, somando-se à água quente produzida pelo sistema de refrigeração do motor. Já com os níveis de temperatura compatíveis, os gases são levados ao gerador da máquina de absorção iniciando o processo de refrigeração. A unidade de absorção opera com a mistura amônia/água e produz a água gelada necessária a 7 ºC que pode ser utilizada em bebedouros ou em “fan coils” para condicionamento de ambientes.

A energia elétrica produzida no gerador é dissipada num banco de resistências elétricas mergulhado num tanque com água. Esse banco consta de 27 resistências de 1 kVA cada, e é imerso em uma caixa de água de 500 L. Apresenta 9 contactores o que permite acionar as resistências de 3 em 3. Para que não ocorra superaquecimento das resistências, a água passa por um ciclo de resfriamento, passando por um radiador a ar e, através de uma bomba hidráulica, retorna à caixa de água. O COP do sistema de refrigeração é da ordem de 0,58 e o motor de combustão interna trabalha com razões ar/combustível em torno de 12.

Para uma análise do desempenho do sistema, é instalada uma série de medidores: medidor de vazão, medidor de pressão e de temperatura. A Figura 42 mostra

instrumentos de vazão e de pressão colocados na tubulação de água, bem como um termopar para medida de temperatura.

Figura 42 – Medidores de pressão, vazão e temperatura instalados

Os medidores de vazão são fabricados pelo Liceu de Artes e Ofícios (LAO), hidrômetro multijato de ¾” vazão de 3 m3/h; medidor de temperatura, Pt100 e termopares. Os dados obtidos são encaminhados para um sistema de armazenamento, conforme mostra a Figura 43.

(a)

(b)

Figura 43 Sistema de aquisição de dados: (a) vista interna; (b) vista externa

Os dados captados pelo sistema de aquisição são enviados para um computador que, através do software AQDADOS, transforma os sinais elétricos em medidas de

6 ANÁLISE TERMODINÂMICA DO SISTEMA COMPACTO DE

COGERAÇÃO: ANÁLISE EXERGOECONÔMICA.

6.1 - INTRODUÇÃO

A análise termodinâmica de um sistema térmico conduz a compreender o seu desempenho, identificar pontos de deficiências e sugerir, ao projetista, modificações para otimizar o sistema. Para isso são realizados os balanços de energia em cada componente do sistema obedecendo aos princípios da primeira e segunda leis da termodinâmica.

Para o sistema de cogeração para a produção combinada de energia elétrica, água quente e gelada, descrito em detalhes no capítulo anterior, desenvolve-se uma análise exergoeconômica que consta de uma análise exergética detalhada, uma análise econômica aplicada a cada componente, cálculo do custo de cada corrente usando um método apropriado de custo da exergia e uma avaliação final de cada componente e do sistema como um todo.

O sistema energético proposto, como já detalhado, consta de um motor de combustão interna pequeno, de fabricação nacional, o qual está acoplado a uma máquina de refrigeração por absorção de 5 TR para geração de água fria e a dois trocadores de calor para obter-se água quente. O motor pode usar combustível líquido ou gasoso, gerando uma potência de eixo da ordem de 40 kW a 6400 rpm, e aciona um gerador elétrico com um rendimento de 78%, considerado constante com a rotação. Esse motor refrigerado a água tem acoplado um trocador de calor, TC1, onde a energia térmica da água de refrigeração do cilindro é usada para produzir água quente – no sistema de refrigeração as temperaturas da água são mantidas constantes, entrando no cilindro em torno de 84 ºC e saindo a aproximadamente 90 ºC. Os gases de exaustão são direcionados a um segundo trocador de calor, TC2, onde sua temperatura é reduzida aos níveis exigidos pela refrigeração por absorção. Antes de passar pelo trocador de calor, os gases têm sua emissão de poluentes reduzida por um catalisador,

sendo em seguida lançado à atmosfera a uma temperatura de 149 ºC. O calor retirado no TC2 dos gases que entram a 541 ºC, é utilizado para aquecer água.

A água quente é obtida elevando-se sua temperatura da condição ambiente, em torno de 25 ºC, para temperaturas de 65 ºC. Esses trocadores de calor tem sua efetividade igual a 0,7, conforme seu fornecedor (APEMA)

A unidade de absorção opera com uma mistura água/amônia e produz água gelada a 7 ºC, a partir da água fornecida por um reservatório nas condições ambientes. Bombas hidráulicas impulsionam a água a ser aquecida nos trocadores e a água resfriada no sistema de absorção é alimentada por gravidade.

A energia elétrica produzida pelo gerador é dissipada em um banco de resistências elétricas colocadas em um tanque com água. O COP do sistema de absorção varia com a temperatura de acionamento no gerador da máquina.

O motor de combustão interna trabalha com razão ar/combustível real de 12,1. O alternador trifásico regula sua tensão com um sistema compound que garante uma boa

relação, independente do tipo de carga aplicada. A alimentação do circuito de regulação é feita por uma bobina auxiliar localizada no estator, em fase com o enrolamento da armadura.

Na máquina de refrigeração uma solução de água e amônia se aquece em um trocador de calor (gerador), evaporando a amônia que se separa da água. A amônia no estado vapor é transferida a outro trocador de calor onde se esfria com ar a temperatura ambiente e se transforma em líquido (esses primeiros passos do ciclo têm a mesma função do compressor dos sistemas de refrigeração por compressão de vapor). A amônia líquida vai para um terceiro trocador de calor (evaporador) onde esfria a água do circuito dos climatizadores (fan coils), absorvendo calor e vaporizando novamente.

A seguir, o vapor de amônia passa pelo absorvedor, onde encontra uma solução que sobrou da separação inicial da amônia no gerador. Ocorre então o processo de absorção, que é o nobre de todo o ciclo, com a amônia sendo absorvida pela água, voltando ao estado líquido, formando uma solução concentrada que volta ao gerador e o ciclo se reinicia.