XXIV Congresso de Iniciação Científica
ANÁLISE ENERGÉTICA, EXERGÉTICA E AMBIENTAL DA PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO EM UMA USINA DE AÇÚCAR E ÁLCOOL.
Moacir Lourenço Spirlandelli, José Luz Silveira, Valdisley José Martinelli, Lucas Fachini Vane, Marcio Evaristo Silva – Campus de Guaratinguetá – Universidade Estadual Paulista – Engenharia Mecânica – moacirlos@gmail.com – PIBIC/CNPq.
Palavras-chave: indústria sucroalcooleira, produção de hidrogênio, cogeração.
Introdução
Com a inserção da proposta sugerida por este trabalho as usinas passariam então a produzir, além dos produtos convencionais (açúcar, etanol anidro e hidratado), também o hidrogênio. São estudados neste trabalho os aspectos energéticos, exergéticos e ecológicos da incorporação do processo de reforma a vapor de etanol para a produção de hidrogênio à uma usina sucroalcooleira convencional.
Material e Métodos
A configuração adotada é uma hipótese que pode vir a ser adotada pela destilaria Pioneiros, situada na cidade de Sud Mennucci (FIOMARI, 2004). Considerando a configuração do caso 3, pelo fato do turbogerador A operar com excedente de produção de energia elétrica, possibilitando assim um desvio da vazão de combustível (bagaço de cana-de-açúcar) utilizado na caldeira, para a produção de hidrogênio pela reforma a vapor de etanol.
Resultados e Discussão
Os resultados da análise energética são apresentados na tabela 1:
Tabela 1. Rendimentos do sistema de cogeração.
Hidrog.
[Nm3/h] η cog
[%]
η
g.el.
[%]
η
g.m.proc.
[%]
η
g.c.proc.
[%]
Wel
[kW]
0 77,5 12,9 2,7 61,9 19.127 300 77,8 12,9 2,7 62,2 18.948 600 78,1 12,8 2,8 62,5 18.770 900 78,4 12,7 2,8 62,9 18.591 1200 78,7 12,7 2,8 63,2 18.413 1500 79,0 12,6 2,8 63,6 18.234 2000 79,5 12,5 2,8 64,1 17.936 3000 80,5 12,3 2,9 65,3 17.341 4000 81,6 12,1 2,9 66,5 16.746
Os resultados da análise exergética do turbogerador A podem ser visualizados através da tabela 2:
Tabela 2. Análise exergética do turbogerador A.
Hidr.
[Nm3/h]
Σ Ėx
entrada [kW]
Σ Ėx
saída
[kW] İ [kW] ηII
[%] ψ [%]
300 47.572 43.813 3.759 84,1 92,1 600 47.277 43.597 3.680 84,3 92,2 900 46.982 43.380 3.602 84,5 92,3
1200 46.687 43.164 3.524 84,6 92,5 1500 46.393 42.948 3.445 84,8 92,6 2000 45.901 42.587 3.314 85,1 92,8 3000 44.919 41.866 3.053 85,7 93,2 4000 43.936 41.145 2.792 86,3 93,6 Os resultados da análise ambiental podem ser vistos através da tabela 3:
Tabela 3. Eficiência ecológica associada ao sistema de cogeração.
Hidr.
[Nm3/
h]
ηcog
usina
[%]
Redução na produçã o de energia elétrica [kW]
εcog
planta sem ciclo de carbon o [%]
εcog
planta com clico de carbon o [%]
0 77,5 --- 84,1 92,2 300 77,8 179 84,1 92,2 600 78,1 357 84,1 92,2 900 78,4 536 84,2 92,3 1200 78,7 714 84,2 92,3 1500 79,0 893 84,3 92,3 2000 79,5 1.190 84,4 92,4 3000 80,5 1.785 84,5 92,4 4000 81,6 2.381 84,7 92,5
Conclusões
Com a análise dos resultados pode-se notar que os rendimentos nas análises energética, exergética e ambiental aumentam com o aumento da taxa de produção de hidrogênio e a poluição emitida pelo processo de produção de hidrogênio através da reforma a vapor do etanol é menor que a emitida pelo sistema de cogeração (εcog).
Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio do CNPq através do processo número 551309/2010-5, Edital MCT/CNPq/FNDCT 46/2009, ESTUDO DA
INCORPORAÇÃO DO PROCESSO DE
PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO POR REFORMA A VAPOR NA CADEIA PRODUTIVA DO ETANOL e pelo processo de bolsa ITIA número 183281/2010-1.
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1. FIOMARI, M. C., Análise energética e exergética de uma usina sucroalcooleira do oeste paulista com sistema de cogeração de energia em expansão. Tese de mestrado, Universidade Estadual Paulista (UNESP), campus de Guaratinguetá, 2004.
2. SILVA, M. E., Análise experimental da reforma a vapor de etanol: aspectos técnicos, econômicos e ecológicos. Tese de Doutorado. Universidade Estadual Paulista (UNESP), campus de Guaratinguetá, 2010.
