6. Resultados e Discussões
6.4. Resultados do balanço hídrico na torre
A Tabela 6.2 são apresentados os dados fornecidos no EIA das quatro centrais analisadas, sendo Tw,in a temperatura da água de resfriamento na entrada do condensador; Tw,out a temperatura da água de resfriamento na saída do condensador; Tv a temperatura do vapor na entrada do condensador; mv a vazão mássica do vapor no condensador; e, x,in o título do vapor na entrada do condensador.
Tabela 6.2. Dados das centrais termelétricas
Ouro Negro Pampa Sul Atlântico
Energias Rio Grande
Localidade Pedras Altas, RS Candiota, RS Peruíbe, SP Rio Grande, RS Fonte hídrica Água doce Água doce Água salgada Água doce
Potência (MW) 600 680 1707 1080 Tw,in (°C) 24 35,82 26 29,5 Tw,out (°C) 32,5 39,33 37,1 39,6 Tv (°C) 35,6 42,61 40,1 42,67 mv (kg/s) 162,0 204,6 100,6 191,7 x,in 0,95 0,945 0,94 0,95
Fonte: (BOURCHEID, 2009; HAR ENGENHARIA E MEIO AMBIENTE LTDA, 2014; POLAR INTELIGÊNCIA EM MEIO AMBIENTE, 2015; TETRA TECH, 2016)
A partir dos dados fornecidos foi calculada a vazão de água de resfriamento necessária no condensador. Apenas o EIA da UTE Ouro Negro forneceu o título do vapor na entrada do condensador, de modo que os outros três títulos foram adotados de acordo com os dados apresentados no EIA, utilizando o software CATT (CATT, 1996). Os dados fornecidos da temperatura de entrada da água de resfriamento na entrada e na saída do condensador apresentados no EIA da UTE Pampa Sul não se apresentaram coerentes, de modo que foi adotado uma diferença de temperatura de 8,5 °C. Assim, a Tw,out utilizada foi 44,32 °C.
Também foi necessário adotar os valores da temperatura do ar na saída da torre para as UTE Ouro Negro e Pampa Sul, pois no EIA de ambas esse valor não está especificado. Com isso, foi feito o cálculo do balanço de energia simplificado na torre considerando apenas a temperatura e umidade relativa de projeto ou a temperatura e umidade relativa média.
Não foi feito o cálculo considerando a variação de temperatura ambiente (condição de verão e de inverno) no balanço hídrico pois, para fazê-lo, seria necessário modelar o comportamento do ar e a taxa de evaporação na torre. Como não foram obtidos os dados necessários para essa modelagem, o cálculo se restringiu à comparação com o valor de reposição médio dado no EIA.
Na Tabela 6.3 são apresentados os valores calculados da vazão do condensador e os valores de ciclo de concentração adotados. O ciclo de concentração foi adotado de modo que os resultados encontrados fossem coerentes com os valores de vazão de reposição reais.
Tabela 6.3. Cálculo da vazão em circulação e ciclo de concentração adotados
Ouro Negro Pampa Sul Atlântico Energias Rio Grande
𝑚̇1(kg/s) (calculado) 20940,7 26092,3 19568,7 10360,6
CC (adotado) 6 8 1,5 7
Fonte: Elaborado pela própria autora.
Os dados de temperatura foram calculados como a temperatura média para o verão (média entre os meses de dezembro e janeiro) e a temperatura média para o inverno (média entre junho e julho). A umidade foi calculada da mesma forma para o verão e o inverno.
Nas Tabelas 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 6.10 e 6.11 são apresentadas as perdas por evaporação calculadas para cada termelétrica, a vazão de purga, vazão de arraste e de reposição necessária, a comparação entre o valor calculado e o valor dado no EIA e a demanda de água por MW instalado.
Tabela 6.4. Cálculo da vazão de reposição para a UTE Ouro Negro.
Fonte Evaporação Purga Arraste Reposição EIA médio
kg/s kg/s kg/s kg/s % Kemmer (1988) 317,85 42,63 29,94 381,42 25,17 Genskow et al. (2008) 272,33 33,53 29,94 326,80 7,25 Hensley (2009) 256,31 30,32 29,94 307,58 0,94 Frayne (1999); Kemmer (1988)a 167,53 12,56 29,94 201,03 -34,03 Dantas (1988), verãob 200,69 19,20 29,94 240,82 -20,97 Dantas (1988), invernoc 198,24 18,71 29,94 237,89 -21,93 Balanço de energiad 238,23 26,71 29,94 285,88 -6,18
a Considerando a equação para locais com umidade alta.
b Valor calculado para a temperatura média de verão de 21 °C na cidade Pedras Altas (RS)
(CLIMATE-DATA.ORG, [s.d.]a).
c Valor calculado para a temperatura média de inverno de 12 °C na cidade Pedras Altas (RS)
(CLIMATE-DATA.ORG, [s.d.]a).
d Valores de temperatura e umidade médios obtidos no EIA (POLAR INTELIGÊNCIA EM
MEIO AMBIENTE, 2015).
Fonte: Elaborado pela própria autora.
Tabela 6.5. Comparação das vazões calculadas com a vazão em circulação na torre de resfriamento para a UTE Ouro Negro.
Fonte Evaporação Purga Arraste Reposição L/MWh
% % % % Kemmer (1988) 1,52 0,20 0,1 1,82 2288,52 Genskow et al. (2008) 1,30 0,16 0,1 1,56 1960,80 Hensley (2009) 1,22 0,14 0,1 1,47 1845,46 Frayne (1999); Kemmer (1988) 0,80 0,06 0,1 0,96 1206,18 Dantas (1988), verão 0,96 0,09 0,1 1,15 1444,94 Dantas (1988), inverno 0,95 0,09 0,1 1,14 1427,36 Balanço de energia 1,14 0,13 0,1 1,37 1715,26
Tabela 6.6. Cálculo da vazão de reposição para a UTE Pampa Sul.
Fonte Evaporação Purga Arraste Reposição EIA médio
kg/s kg/s kg/s kg/s % Kemmer (1988) 396,04 78,95 0,26 475,25 2,45 Genskow et al. (2008) 339,33 67,61 0,26 407,20 -12,22 Hensley (2009) 319,37 63,61 0,26 383,24 -17,38 Frayne (1999); Kemmer (1988)a 208,74 41,49 0,26 250,49 -46,00 Dantas (1988), verãob 243,52 48,44 0,26 292,22 -37,01 Dantas (1988), invernoc 246,68 49,07 0,26 296,01 -36,19 Balanço de energiad 530,02 105,74 0,26 636,02 37,11
a Considerando a equação para locais com umidade alta.
b Valor calculado para a temperatura média de verão de 22,5 °C na cidade de Bagé (RS)
(SEVERO, 2013).
c Valor calculado para a temperatura média de inverno de 11 °C na cidade de Bagé (RS)
(SEVERO, 2013).
d Temperatura e umidade média da cidade de Bagé (RS) (SEVERO, 2013).
Fonte: Elaborado pela própria autora.
Tabela 6.7. Comparação das vazões calculadas com a vazão em circulação na torre de resfriamento para a UTE Pampa Sul.
Fonte Evaporação Purga Arraste Reposição L/MWh
% % % % Kemmer (1988) 1,52 0,30 0,001 1,82 2516,04 Genskow et al. (2008) 1,30 0,26 0,001 1,56 2155,74 Hensley (2009) 1,22 0,24 0,001 1,47 2028,93 Frayne (1999); Kemmer (1988) 0,80 0,16 0,001 0,96 1326,10 Dantas (1988), verão 0,93 0,19 0,001 1,12 1547,06 Dantas (1988), inverno 0,95 0,19 0,001 1,13 1567,11 Balanço de energia 2,03 0,41 0,001 2,44 3367,16
Fonte: Elaborado pela própria autora.
Tabela 6.8. Cálculo da vazão de reposição para a UTE Atlântico Energias.
Fonte Evaporação Purga Arraste Reposição EIA médio
kg/s kg/s kg/s kg/s % Kemmer (1988) 387,88 775,56 0,20 1163,64 26,94 Genskow et al. (2008) 332,34 664,48 0,20 997,01 8,76 Hensley (2009) 312,79 625,38 0,20 938,36 2,37 Frayne (1999); Kemmer (1988)a 156,55 312,90 0,20 469,65 -48,77 Dantas (1988), verãob 244,42 488,64 0,20 733,25 -20,01 Dantas (1988), invernoc 243,02 485,85 0,20 729,07 -20,47 Balanço de energiad 307,07 613,94 0,20 921,21 0,50
b Valor calculado para a temperatura média de verão de 25 °C na cidade de Peruíbe (SP)
(CLIMATE-DATA.ORG, [s.d.]b).
c Valor calculado para a temperatura média de inverno de 19,5 °C na cidade de Peruíbe (SP)
(CLIMATE-DATA.ORG, [s.d.]b).
d Temperatura e umidade relativa de projeto, disponíveis no EIA (TETRA TECH, 2016).
Fonte: Elaborado pela própria autora.
Tabela 6.9. Comparação das vazões calculadas com a vazão em circulação na torre de resfriamento para a UTE Atlântico Energias.
Fonte Evaporação Purga Arraste Reposição L/MWh
% % % % Kemmer (1988) 1,98 3,96 0,001 5,95 2453,21 Genskow et al. (2008) 1,70 3,40 0,001 5,09 2101,91 Hensley (2009) 1,60 3,20 0,001 4,80 1978,27 Frayne (1999); Kemmer (1988) 0,80 1,60 0,001 2,40 990,13 Dantas (1988), verão 1,25 2,50 0,001 3,75 1545,86 Dantas (1988), inverno 1,24 2,48 0,001 3,73 1537,04 Balanço de energia 1,57 3,14 0,001 4,71 1942,11
Fonte: Elaborado pela própria autora.
Tabela 6.10. Cálculo da vazão de reposição para a UTE Rio Grande.
Fonte Evaporação Purga Arraste Reposição EIA médio
kg/s kg/s kg/s kg/s % Kemmer (1988) 672,70 111,74 0,10 784,81 30,80 Genskow et al. (2008) 576,37 95,69 0,10 672,43 12,07 Hensley (2009) 542,46 90,04 0,10 632,87 5,48 Frayne (1999); Kemmer (1988)a 298,38 49,36 0,10 348,12 -41,98 Dantas (1988), verãob 423,46 70,20 0,10 494,03 -17,66 Dantas (1988), invernoc 419,11 69,48 0,10 488,96 -18,51 Balanço de energiad 574,80 95,43 0,10 670,61 11,77 a
Considerando a equação para locais com umidade alta.
b
Valor calculado para a temperatura média de verão de 22,55 °C na cidade de Rio Grande (RS) (INMET, [s.d.]).
c
Valor calculado para a temperatura média de inverno de 13 °C na cidade de Rio Grande (RS) (INMET, [s.d.]).
d
Temperatura e umidade relativa de projeto, disponíveis no EIA (BOURCHEID, 2009).
Tabela 6.11. Comparação das vazões calculadas com a vazão em circulação na torre de resfriamento para a UTE Rio Grande.
Fonte Evaporação Purga Arraste Reposição L/MWh
% % % % Kemmer (1988) 1,80 0,30 0,001 2,10 726,68 Genskow et al. (2008) 1,55 0,26 0,001 1,80 622,62 Hensley (2009) 1,45 0,24 0,001 1,70 585,99 Frayne (1999); Kemmer (1988) 0,80 0,13 0,001 0,93 322,33 Dantas (1988), verão 1,14 0,19 0,001 1,33 457,72 Dantas (1988), inverno 1,12 0,19 0,001 1,31 452,74 Balanço de energia 1,54 0,26 0,001 1,80 620,93
Fonte: Elaborado pela própria autora.
Nos EIA das UTE Atlântico Energias e Rio Grande são apresentadas as temperaturas e umidade do ar na entrada e na saída da torre de resfriamento. No entanto, é dada apenas a condição de projeto, não especificando se essa é referente a condição máxima, mínima ou média.
Além disso, nos EIAs das termelétricas analisadas não é apresentada qual a metodologia utilizada para a determinação da evaporação nas torres de resfriamento. Das Tabelas 6.3, 6.5, 6.7 e 6.9, tem-se que cada usina apresentou um método diferente com valores próximos aos apresentados no EIA. Dessa forma, considerando o módulo da diferença percentual entre o valor calculado e o valor apresentado no EIA, tem-se que:
Para a UTE Ouro Negro, o método com menor diferença foi o método de Hensley (2009) e o método com maior variação foi o de Frayne (1999); Kemmer (1988);
Para a UTE Pampa Sul, o método com menor diferença foi Kemmer (1988) e o método com maior variação foi Frayne (1999); Kemmer (1988);
Para a UTE Atlântico Energias, o método com menor diferença foi o Balanço de energia e o método com maior diferença foi Frayne (1999); Kemmer (1988);
Para a UTE Rio Grande, o método com menor diferença foi Hensley (2009) e o método com maior diferença foi Frayne (1999); Kemmer (1988).
Nos quatro casos apresentados, a diferença entre o valor calculado e o valor apresentado no EIA variou entre -34% e -49% para o método de Frayne (1999); Kemmer (1988), indicando que o método subestima a vazão evaporada.
O balanço de energia apresentou uma diferença em módulo entre 0,50% e 37% do valor apresentado no EIA para as quatro termelétricas, indicando que as hipóteses admitidas estão de
acordo com o valor apresentado no EIA. A maior diferença encontrada, de 37% foi para a UTE Pampa Sul, cujos valores apresentados não são coerentes com os valores calculados. A menor diferença, de 0,50%, foi para a UTE Atlântico Energias, que apresenta os valores de temperatura e umidade na entrada e na saída da torre, reduzindo os erros devido à temperatura admitida.
O método de Hensley (2009) apresentou a menor diferença para as UTE Ouro Negro e Rio Grande, ambas localizadas no RS. Esse método, utilizado pela fabricante SPX Cooling Technologies, não apresenta nenhuma restrição de uso. No entanto, ambas estão localizadas em cidades com temperatura média de 18,1 °C em Pedras Altas (RS) (POLAR INTELIGÊNCIA EM MEIO AMBIENTE, 2015) e 18,2 °C em Rio Grande (RS) (INMET, [s.d.]), respectivamente, indicando que os melhores resultados se apresentam em regiões de baixa temperatura. No caso da UTE Pampa Sul, apesar da central se encontrar próxima a UTE Ouro Negro, a falta de coerência dos dados pode ter acarretado a grande diferença encontrada no método citado.
A vazão de reposição calculada para as termelétricas atinge valores de, no máximo, 2,5% da vazão de água em circulação na torre. A exceção é a UTE de Atlântico Energias, que apresenta valores entre 2,4 e 6% da vazão em circulação. Nesse caso, a alta porcentagem encontrada está relacionada com o baixo ciclo de concentração utilizado em torres que operam com água salgada.
Enquanto para as outras três centrais a vazão de purga atinge, no máximo, 0,3% da vazão em circulação, na UTE Atlântico Energias esse valor varia entre 1,6% e 4%, de acordo com o método utilizado para o cálculo da vazão de evaporação. Dessa forma, tem-se que a produção de efluente das torres de resfriamento dessa central é muito superior à produção das outras termelétricas.