Planta de Cogeração

A planta de cogeração é projetada com o objetivo de retirar os melhores benefícios técnico-econômicos do sistema. Há vários tipos de benefícios a serem aproveitados nas plantas, um deles é a aproximação de todos os sistemas que integram a planta de cogeração, diminuindo perdas de energia elétrica e caloríficas. Um fator importante a ser considerado é o indicador ecológico e ambiental para uma planta. Um exemplo é o uso da exergia, que poderia ser considerada desprezada e não útil, pelos gases de escapamento em motor de combustão interna, bem como a análise exergoambiental.

O consumo simultâneo das energias térmica e eletromecânica, chamado também de plantas de potência (CESPEDES, 1998), pode ser encontrado nos segmentos: residencial, comercial, agrícola e industrial. Essas plantas de potência são definidas a partir dos conceitos termodinâmicos de Rankine (turbina a vapor), Brayton (turbina a gás), Diesel (MCI) e Otto (MCI).

O consumo térmico na cogeração emprega fluxo em processamentos de aquecimento e/ou de refrigeração. Para geração de frio, o processo utilizado pode ser mediante ciclos de absorção. Os componentes estruturais na planta de cogeração devem estar próximos às fontes térmicas, o que limita aplicações específicas por não poder levar calor a longas distâncias. As temperaturas geradas devem ser usadas localmente e o gerador elétrico apresenta importância maior em relação ao calor, o que tem que ser levado em consideração a avaliação econômica da planta (LORA e NASCIMENTO, 2004).

Na implantação da planta de cogeração que empregam MCI, turbina a gás e turbina a vapor, a rejeição de calor não convertido em potência de eixo existe em todas elas. Portanto, o arranjo da geração de calor com a da eletricidade é apresentada de duas

formas: geração de energia elétrica antecede a geração térmica (topping) e geração de eletricidade situada após a geração térmica (bottoming). A tabela 2.11 e a figura 2.14 mostram características dessas tecnologias.

Tabela 2.11 Estrutura dos Sistemas de Cogeração

Tipos de Sistemas Fluxo de Energia

Topping

Da energia disponibilizada pelo combustível, o primeiro aproveitamento se dá para a geração de energia eletromecânica (altas temperaturas), e em seguida para o aproveitamento de calor útil.

Bottoming

Quando, da energia disponibilizada pelo combustível, o primeiro aproveitamento se dá para o aproveitamento de calor útil a elevadas temperaturas, e em seguida para a geração de energia eletromecânica.

O tipo de planta trabalhado é o modelo topping em que a máquina primária alimentada por gás natural acoplada a um gerador é acionada, gerando eletricidade e, simultaneamente os gases de escape produzidos pela máquina primária, produção de calor.

Sabendo que a temperatura de rejeição da geração termelétrica encontra-se mais elevada que a temperatura encontrada nos processos industriais, é racional que se pense num sistema de cogeração do tipo topping, onde o calor utilizado pelo processo industrial é aproveitado do rejeito da geração elétrica.

Figura 2.14 Esquema ilustrado do sistema de cogeração do ciclo topping e bottoming

A planta de alto desempenho é dividida em dois sistemas de operação: o primeiro representa a parte do sistema elétrico que compõe o processo automatizado com o gerador elétrico e a rede convencional, e o segundo com três tipologias a serem realizadas de acordo com o ensaio desejado. O sistema do recuperador de calor que constitui uma das tipologias, troca calor com o sistema de refrigeração e reaproveita os vapores de processo oriundos da máquina de refrigeração para a usina. A figura 2.15 mostra o protótipo desenvolvido no modelo topping em que se vê o reaproveitamento dos gases de escape para o recuperador de calor. A geração de eletricidade é fornecida pelo gerador (corpo verde) e alimenta o Quadro Geral de Força (QGF).

A seta na vertical faz referência ao sentido do fluxo do óleo a ser aquecido pelo recuperador de calor. Os gases oriundos do escape (seta na horizontal) são usados como combustível para o recuperador de calor que aquecerá o produto (óleo) para a usina.

Foi projetada uma válvula de “alívio” no atenuador de ruído para liberar gases do escapamento com o objetivo de redução da temperatura.

O sistema de cogeração pode ser a fonte primária de fornecimento de energia elétrica pelo alternador síncrono do grumo motor gerador ou a distribuição

convencional de energia elétrica da concessionária local. Portanto, há a necessidade de dispositivo de comutação dessas fontes de alimentação aos consumidores (prédio da RECOGÁS), separando-os sem que haja a possibilidade de ligação simultânea (modo seguro).

Figura 2.15 Vista panorâmica do SAD

Há um quadro de comando para supervisionar o grupo motor gerador. Essa unidade de supervisão faz o controle de partida e parada do MCI como também a proteção do motor e do alternador. Os quadros são certificados pela ISO 9001, bem como homologados pela Anatel e tem controle por identificação de códigos de barra (HEIMER, 2010).

CAPITULO III

O Sistema de Alto Desempenho (SAD) foi dividido em subsistemas que são: trocador de calor, alternador síncrono, motor de combustão interna, máquina de refrigeração por absorção e resistência térmica (usina de biodiesel). Cada subsistema apresenta características próprias e são observadas de modo separado. No entanto, dependendo do arranjo, um subsistema pode ser excluído do SAD.

Foram desenvolvidos três arranjos classificados como Arranjo 1, Arranjo 2 e Arranjo 3. As três figuras a seguir mostram as plantas baixas desses arranjos.

Figura 3.1 Planta baixa para o Arranjo 1

Na figura 3.1 que mostra a planta baixa do arranjo 1, o SAD constitui os subsistemas Grupo Motor Gerador (GMG) e refrigeração. A usina de biodiesel não participa desse sistema devido a não utilização do recuperador de calor.

Figura 3.2 Planta baixa do Arranjo 2

No Arranjo 2, apresentado na figura 3.2, também há uma estrutura de cogeração envolvendo os subsistemas GMG, recuperador de calor e a usina de biodiesel. O óleo aquecido pelo recuperador de calor é utilizado na usina para o aquecimento no processo das reações de produção do biodiesel.

Figura 3.3 Planta baixa do Arranjo 3

No último arranjo, como mostrado na figura 3.3, a estrutura de trigeração é apresentada e engloba todos os subsistemas dos arranjos representados nas figuras anteriores. Os gases que seriam jogados no ambiente pelo subsistema de refrigeração, serão reaproveitados para fornecer combustível ao recuperador. O óleo será aquecido e será aproveitado na usina de biodiesel.

O estudo do sistema térmico na literatura atual abrange amplas aplicações com diferentes objetivos, restrições e pré-requisitos. Portanto, o projeto se depara com essas restrições e objetivos.

A transferência de calor e vazões dos fluidos dos fluxos nos equipamentos do SAD são considerações importantes estudadas. Temperatura resultante, fluido aquecido e arrefecido, perdas energéticas e principalmente a eficiência dos equipamentos são as principais objetivos no projeto.