3 caldeiras - isolamento térmico - cogeração

5/20/2018 3 Caldeiras - Isolamento T rmico - Cogera o

1/43

ffiff:;li,';:"

Energia

TIIAilUAL

DE-

ADMrilrSF['AO

DE

EilEROTA

CA1DEIRAS

rsorAmEnlo

nmrco

cooERAo

I


2/43

I

MANUALDE ADMINISTRAAODE ENERGIA

CALDEIRAS

ISOLAMENTO

RMICO

cocERAo

So PAULo

1

998


3/43

SMRIo

TNTRODUAO

5

1.

CALDEIRAS

1 1 Caldeiras ltricas

7

7

I

I

8

9

9

10

13

1.2

Caldeiras Combustveis

1.2.1

Caldeiras

quatubulares

.

1.2.2

Caldeiras

Flamotubulares

1 3

Operao

Eficiente

de

Caldeiras

1 .3 .1 Po lu io

o A r . .

1.3.2 Economia

e Energia

2. SoLAMENTO

nnnlco

3. COGERAAO..

3.1

Introduo

.

3.2

Def in io. . .

3.3

Principais

aractersticas.

3.4

Tipos e

Cogerao

. . . 21

3.4.1 CogeraoomTurbinas Vapor .

. 21

3.4.2 CogeraoomTurbinas

Gs . . . . . 22

3.4.3

Cogeraoom

CicloCombinado

. . .23

3.4.4

CogeraoomMotores lternativos

e

Combusto

nterna

. .24

3.4.5 CogeraoomCiclodeAbsoro.

3.5

Equipamentos

rincipais.

3.5.1 Caldeira e Vapor

Superaquecido

.

3.5.2

Caldeira

e Recuperao

3.5.3

Turbina

a

Vapor

3.5.4

Turbina

Gs

3.5.5 Redutor . . . .

3.5.6 Alternador.

3.5.7

Condensador.

3.5.8 Absorvedor.

3.5.9 Motores lternativose Combusto

3.6

3.5.1

Recuperadores

e Calor. . . .

Metodologia

e

Anlise

3.6.1 Equipamentos

onsumidores

3.6.2

Potencial

o

Sistema

3.6.3

Energia

Eltrica

Gerada

3.6.4

Anlise

o Investimento

3.6.4.1

Equipamentos

Infra-Estrutura

3.6.4.2 Custos

Operacionais

3.6.5 ReceitaProveniente a Cogerao.. . .

25

26

30

30

.31

37

. 42

. 44

3 .7 Concluso.

.45


4/43

As

caldeiras

ndustriais

mpregadasa

produo

e

vapor

e gua,

no

aquecimentoe

fluidos rmicos

os sistemas

e conduo transferncia

e calora elas

igados

ero

ontesde desperdcioe energia, conseqentementee perdade dinheiro, uando o

forem

adequadamente

imensionadas

u

no

tiverem

ua operao sua

manuteno

executadas entro

e critrios em

definidos.

Pela

sua arga

utilizao

pelaparcela

a contade

insumos

nergticos

eralmente

envolvid, caldeira

os sistemas ela

anexos

epresentam

m

dos tens

do

programa

e

conservao uso racional

de energia

que

maioresoportunidadesferecem

para

se

reduzirem

s custos a

produo

ndustrial,

om

reflexos

ositlvos

obrea

produtividade.

Segundo fonte

energtica

til izada,s caldeiras

odem

erdivididas m dois

grupos:

caldeiras ltricas caldeiras combusto.

1.1

CALDEIRAS LTRICAS

As

caldeiraseltricasmais

util izadas tualmente o de concepobastante imples,

compondo-se asicamente

a cuba de

presso

e

dois

eletrodos

u resistncias.sto ornaa

sua operao

implificada,acil itando

automao e seu uso.

Estas

caractersticas,liadas

aos aspectos f sicos

da transformao

da energia eltrica,

propiclam

um

rendimento

energticobastante elevado,

principalmente uando

comparado

com o

das caldeirasa

combustveis. sse rendimento

ode

situar-se ntre 95 e 98% e, em cas os excepcionais e

controfes igorosos,pode chegarat a 99,5o/" .

Considerando-se

s caldeiras

eltricas

mais

comuns,

podemos

classific-las egundo

as tcnicas

empregadasno

processo

de

transormar

nergiaeltricaem

energiacalorf ica,

em caldeirasa resistores

caldeiras

eletrodos.

Nas

caldeirasa resistores,

aquecimento a gua

para

a

formao

de

vapor

feito

atravsde resistncias

ltricas lindadas

iretamente

mersasna

gua.As resistncias

e

aquecem

pelo

efeitoJOULE

e transferem

calor gua.

O

calor

ornecido

pela

eletricidade

deve ser no mnimo

gual

entalpia

do

vapor

presso

desejada, sto

, dev e ser

igual

ao

calor sensvelda gua mais o calor atentede vaporizao.

Existem

dois tipos

bsicosde caldeiras:

o

eletrodo

submerso;

o

ato

de gua.

Em

ambos

os tipos o aquecimento

da gua obtido

pela

passagem

da corrente

eltricadiretamente

travsda gua

(por

efeitoJOULE).

Apesar

das caldeiras

eltricas

apresentarem ma srie de

vantagens,

alm do alto

rendimento,

seu uso atualmente

e tornou

proibitivo

m

face

disparidade

ntre

o custo

da

energiaeltricae o de outrosenergticos.

CALDEIRAS

7


5/43

1.2

0ALDETRAS

coMBUSTvels

As caldeiras

que produzem

apor

pela queima

de combustveis o classificadas,

basicamente,

m dois

grupos:

o

Caldeiras

quatubulares;

r Caldeiraslamotubulares.

1 2.1

CaldeirasAquatubulares

As

caldeiras

aquatubulares

o

assim

denominadas

orque

o seu

princpio

e

funcionamento

onsiste a

passagem

a guaatravs e tubosenvolvidos

elosgases

de

combusto.

Este

ipo de

caldeira xige

um investimentonicial ercade 50% maior

do

que

as

caldeiras

lamotubulares,

as

apresenta obreestasumasriede vantagens.

capacidade

de

produo

e vapor

destas

aldeiras,lmde serelevada,

ode

atingir

resses

cima e

60 kgf/cm2

temperaturas

uperiores 450

C.

A limpeza

os

ubos

no

equer

randes

rabalhos,

odendo

er

eita

automaticamente

atravs

de

sopradores e uligem

e a

partida

relativamentepida,

devidoao volume

pequeno

e gua

a seraquecida um

determinado

nstante. vida

tildestas aldeiras

ode

chegar

30 anos.

1 2.2

Caldeiras

Flamotubulares

Nas

caldeiraslamotubulares

ou

pirotubulares)

s

gases

provenientes

a combusto

passamatravsde tubosque se encontrammergulhadosum reservatrio,ue contma

gua

que

seraquecida

araproduzir

apor.Esse

ipo de caldeira presenta

aixo

endi-

mento

e se

presta

apenas

parapresses

eduzidas,

endo

geralmente

e

pequeno orte.

Devido

o seu baixo

custo

quando

omparadoom as caldeiras quatubulares,da acili-

dadede manuteno,

um ipode

caldeira inda

muito

util izada.

sse

ipode equipamento

produzido

ara

util izar

ualquer

ipode combustvel,

quido,

lido u

gasoso,

endomais

comum usode leoe de

gs.

A estrutura

a caldeira basicamenteormada

or

rs

partes:

r

cmara

de combusto,

u

fornalha,

ndeo combustvel

queimado;

o cmarade gua,quecontm guaa ser aquecida;

o

cmarade

vapor,

situada

cimado

nvel

d'gua,

que

recebe vapor ormado.

As caldeiras

ficientes

eralmente

ode trs

passes,

sto, elas

contm ma

cmara

de

reverso

ue

permite ue

os

gases

passem

rs

vezes

pelos

ubosde transfernciae

calor gua.A cmara

e

reverso

rabalha temperaturas

rximas

e

1000

oC,

sendo,

portanto,

uffi

ponto

que

merece

uma atenoespecial

na fase

de

projeto

da

caldeira.

Atualmente

-se

preferncia

s caldeiras onhecidas

omo

de

undo

mido",

sto, nas

quais

a cmarade reverso montada

no interiordo corpoda caldeira.

Esta

disposio

aumenta

rendimento

a caldeira,

mbora seu

custo nicial e tornemaiselevado.

CALDEIRAS

I


6/43

Monxido e

Carbono

CO)

Gs txico,

ncolore inodoro,

esultante

a

queima

incompleta o carbono

Oxidos e enxofre

SO2

e SO3)

Formados

ela

oxidao o enxofre;

o

rritantes na

atmosfera

eagem

roduzindo

cido ulfrico

Oxidos

de nitrognio

NOX)

Gasesormados elonitrognio;o rritantes,articipando

da

formao e azoto

na atmosera

Fumaa

Materiaislidos

gasosos

roduzidos

elaqueima

ncompleta

do combustvel,

presentando

or

varivel

ntre

o cinza laroe

o

preto

Particulados

Partculas lidasde

carbonoe leo

parcialmente

ueimados

Hidrocarbonetos

Combustvel

arcialmenteueimado

Devido o maior olume

e gua

que

envolve

s tubos,

sua

partida

mais

enta

do

que

nascaldeiras quatubulares.limpeza

os

ubosexigea

parada

a caldeira deve

ser

executada

anualmente.

Este

ipode caldeiraem umavida

tilde

cercade

15 anos.

1.3OPERAOEFIC|ENTE ECALDETRAS

As caldeiras

uequeimam

leo

para

a

produo

e

vapor

e

constituem

uma

parcela

bastanteexpressiva a

energia

hoje

consumida

elas

indstrias. or esse

motivo,e

considerandos elevados ustos nvolvidos,

fundamental eliminaoe desperdcios

a util izaoe

tcnicas vanadas e operao

manutenoe caldeiras,

ara

aumentar

a eicincia o

sistema

melhorar

produtividade

a empresa.

1.3.1Poluio

o

ar

Deve-seevarambm m conta uea reduo o usodecombustveisepresentama

melhoria

a

qualidade

o ar.

Os

principais oluentes ue

a

queima

e leo

emite o:

Os

poluentes

mitidos

elas

caldeiras ependem,

undamentalmente,o tipode

leo

queimado,

as caractersticasas caldeiras da

operao

manuteno

mpregadas.

Melhorando-se

rendimento diminuindo-se emisso

e

poluentes

conomiza-se

tambm o consumo

os

reagentes ecessrios

lavagem os

gases

para

mant-los entro

dos

padres

xigidos

ela

egislao.

CALDEIBAS

I


7/43

1.3.2Economia

e Energia

Para

promovermos

economia e energiaem sistemasde

produo

e

vapor,

utilizando

as suas

caractersticas

tuais

sem

prever

modifcaes muito

signif

cativas,

podemos

asicamenteomar

as seguintes edidas:

a) Regulara combusto

O

queimador

em

por

inalidade

tomizar

leo,

promover

mistura

o

insumo m

percentagens

dequadas om

o ar e

injet-lo o interior

a cmara e combusto,

promovendo

sua

queima.

ara

garantir ue

odoo leoseja

queimado,

necessrio

util izar ma

certa

uantidade

e ar emexcesso. e

houver

ma

quantidade

e ar acima

do valor deal

ou se a

queima

e

processar

uma

atmoseraom

alta

de ar,o

rendimento

da combusto

oder

airmuito,

umentando

consumo specficoe

combustvel.

O controle

a

quantidade

e

ar

geralmente

eitoatravs a medio a

percentagem

de CO2

dixido

e carbono)

02

(oxignio)

xistentesos

gases

oletados

a chamin.

O bom uncionamento

o

queimador,

lmde estar

igado

sua

pereita

egulagem,

depende a

sua

nstalao

a

posio

orreta da sua manuteno dequada.

Para

uma

queima erfeita,

s insumos evem er convenientemente

rocessadosara

passarpelas

ases

de atomizao, aporizao

mistura

om o oxignio o ar,

para

inalmente

ofrer

combusto

ropriamente

ita.

No

casodos leosdensos,

atomizao a

principal

tapa

para

se obterumaboa

combusto. ara sso,

essencial

ontrolar

vazo,

presso

a temperaturao

leo,de acordo om

as suascaractersticasas do

queimador

til izado.

b) Lutar contra

a

uligem

e as incrustaes

Existe ormalmente

ma

proporcionalidade

ntrea elevao a temperaturaos

gases

de

escape a dificuldadeas rocas rmicas

or

acmulo e

fuligem incrustaes.

A

presena

a

fuligem

orma

umabarreira

rmica

o ado

dos

gasesquentes

tem

influncia

esfavorvel

obrea

qualidade

e troca rmica ,

portanto,

obreo

rendimento.

A

presena

e incrustaes,

o ladoda

gua,estabelece masegunda arreira

trmicae

introduz

possibilidade

a

degradao as superfcies

e troca,

pondo

em

riscoa vidatilda caldeira.

As incrustaes

odem

er detectadas

or

nspeo

isual

ou

pela

deterioraoas

caractersticase

funcionamento

o

equipamento

baixa

produo

e vapor,aumento

do consumo e combustvel alta emperaturaos

gases

de escape).

sta

ltima

o

sinal

que

ndica necessidade

e

impeza desincrustaoa caldeira,

emcomode

reconsiderartratamentoa guade alimentao

a

quantidade

o tipodosaditivos

qumicos

til izados.

CALDEIEAS

1 0


8/43

O tratamento

ficazda gua

melhora

as

trocas rmicas,

trasaou mesmoevita

a

necessidade

e desincrustaes

umicas

mecnicas,

eduz

os

fenmenos e

oxidao, iminui s

perdas

ausadas

elas

purgas,

diminui umidade

o

vapor.

Quanto

fuligem,

eve-se

imitar

eusdepsitos

travs

e uma boa

regulagem a

combusto,

emoo

manual u

qumica

a

fuligem a cmara e combusto

o uso

de aditivos osleos

pesados.

c) Monitorar rendimento

a caldeira

As

principais

ausas as

perdas

e

energia

m caldeiras o

provenientes

o excessivo

calor

evado

pelos

gases

de combusto

ue

saem de sua chamin

pela

queima

incompleta

o combustvel.lasso caracterizadas

ssencialmente

elo

eorde COz

e

pela

emperaturaos

gases

de

escape.

ssas uas

variveis

odem

er

consideradas

omo

ndicadores

o

rendimentoa caldeira.

Na prtlca,a percentagem e CO2 deve se situarentre 11 e 13,5o/". ssesvalores

podem

variarum

pouco

com os tiposde caldeira,

e

queimador

de

combustvel.

Deve-se

rocurar

valormaisaltode COz

que

no

provoque

umaa ensa

na

chamin.

O aumento

e COz

epresenta

madiminuio

o excesso e ar,

quepor

sua

vez

pode

causar m

aumento a emisso e CO

(monxido

e carbono), umento

a densidade

e enegrecimentoa fumaa.

Quanto

maior or

a temperaturaos

gases

e

escape,maiores ero s

perdas

e calor

pela

chamin. ideal,

ortanto,

trabalharom

a menor emperatura

ossvel

e orma

a reduzir

ssas

perdas.

Em

caldeiras

lamotubulares,temperaturaevesituar-se ntre

200 C e 250 C. Nascaldeiras quatubularessta aixade temperaturaemsempre

pode

ser alcanada.

Nestes

asosdevemos, empre

uepossvel,

eaproveitarcalor

perdido.

nstalando-se

pr-aquecedores

e gua

pode-se oupar,

m mdia,

1

/"

de combustvel

ara

cada

6

'C

de aumento a

temperaturaa guade alimentaoa caldeira.

nstalando-se

pr-aquecedores

e

ar de combusto btm-se,

m mdia, o/oe

economia

e

combustvel,

ara

cada22'C de

aumento

a temperaturao ar.

A tiragem

os

gases ela

chamin outro

ator

que

merece teno.

onsegue-sema

queima onstanteuando tiragem achamin ermaneceonstante. ea tiragemor

insuficiente,

s

gases

de

combusto emoram

deixara cmara,

odendo

parecer

pulsaes,

se a tiragem or

excessiva,

ntroduz-se

m

grande

volume

de ar

desnecessrio,esfriando

cmara

aumentando

temperaturaos

gases

de sada.

E importante

til izar quipamentose controle

ue permitam

eguira evoluo o

balano rmico agirsobreos

parmetros

a combusto,e

modo

que

o

unciona-

mento

da caldeira

roporcione

obteno

e melhores

endimentos.

CALDHNAS

1 1


9/43

Para

efetuar

m

bom

controle,

interessante

rover-se

os

seguintes

quipamentos

e

medio:

o

analisador

os

gases

de

combusto,

ornecendo

elo

menos

o

teor

de

CO2

e

,

eventualmente,

de

O2i

o

termmetro aracontrole as emperaturasos gasesde escape na aixade

100

a 500

C);

o

aparelhos

e

medio

o ndice

e

enegrecimento

os

gases

de

escape fuligem);

r

manmetro

ara

a

medio

a

depresso

a

chamin tiragem).

d)

Evitar

as

perdas

de

calor

Para

manter

rendimento

m

seu

nvel

deal,

necessrio

imitar

s

perdas

o

calor

para

o

exterior,

ue

so

causas

videntes

e

desperdcio.

ara

anto,

deve-se

erificar

periodicamente

estanqueidade

o

casco

da catdeira, articularmente

abertura

m

volta

dos

queimadores

dosvisores a cmara e combusto;liminarapidamentetodas

as

perdas

de

calor

e

de

gua

quente;

proteger

e tazer

a

manuteno

os

isolantes

rmicos;

isolar

ermicamente

ecipientes

tubos

contendo

leo

combustvel

pesado,

gua

quente

u

fluidos uentes.

e) verificar

o

ponto

de

carregamento

a

caldeira

E importante

essaltar ue

os

mximos

endimentos

serem

lcanados

ependem

a

carga

que

o

equipamento

stiver

ubmetido,

m uno

as

necessidades

a nstalao.

Normalmente,

ma

caldeira

estar

operando

no

rendimento

timizado

om

cargas

compreendidas

ntre

80

e 9oo/o

e sua

capacidadeormal.

Operar

cima

desta

apacidadeode

comprometer

vida

til

do

equipamento.

Por

outro

ado,

a operao

om

relaes

baixo

e

80%

az

com

que

o rendimento

aia

devido

o

aumento

elativo

as

perdas

ecorrentes

as

rocas

de

calor

e das

condies

prejudicadas

e

combusto.

empre

ue

possvel,

eve-se

vitar

ssa

zonade

unciona-

mento,

justando

nmero

e

caldeiras ara

atender

s

necessidades

o

momento.


10/43

Os

equipamentos

ue

consomem

lgum

ipode energtico

ara

produo

e energia

trmica

presentam

o

apenas

perdas

que

so

nerentes

o

processo,

omo ambm

perdas ssociadaso transporte armazenamentoocalor ou rio).Estasperdas odevidas

conduo,

onveco

radiao.

as

aplicaesndustriais

ais

comuns,

maior

parte

das

perdas

dvm

da conduo

o calor

atravs

as

paredes

os equipamentos,

ubutaes

e acessrios.

ssim

endo,

or

simplicidade

erconsiderado

penas

eeito este

ipode

perda

nos

conceitos

diante.

O

isolamento

rmico

adicionado

os

equipamentos

ara

tender

algumas

inalidades,

taiscomo

proteo

essoal

manuteno

e temperaturas

e

processo.

o

entanto,

rata-se

de

uma

mportante

cnica

e

conservao

e energia

ue

no

deve

ser menosp

ezadaace

a seu

baixo

custo

e elevada

ficincia.

A uno

sica

o solamento

rmico retardar

fluxo

de energla

rmica o

desejada,

seja

para

dentro

u

para

ora

do

equipamento

onsiderado.

eficincia

o isolamento

rmico

medida

travs

e

uma

propriedade

enominada

ondutibilidade

rmica.

Condutibilidade

rmica

a

quantidade

e calor

que

atravessa

m cubo

comum metro

de ado

no

perodo

e

umahora,

quando

uma

diferena e

temperatura

e

1

oC

entre

as

faces

opostas.

O coeficiente

e condutibilidade

rmica

geralmente

esignado

ela

etra

k

e

expresso

a

unidade

cal/h.m.

C.

Cadamaterial ossui m valor picode k. Os materiaisombaixos alores e k so

aqueles

ue

apresentam

aixa

ondutibilidade

rmica,

portanto

o

bons sotantes

rmicos.

O valor

de k

varia

com

a temperatura,

por

este

motivo

le deve

estar

sempre ssociado

a uma

determinada

emperatura.

s materiais

presentamalores

e k maiores

medida

m

que

a temperatura

umenta,

omo

pode

ser

observado a

tabela

seguir.

tSoLAMENTo

nurco


11/43

COEFICIENTE E CONDUTIBILIDADEERMICAPARADIVERSOS

ISOLANTES RMICOS

Para

quanti f icar potencial

e

economia

ue pode

ser obt ido

com o dimensionamento

adequadodo isolamentormico,adote

o seguinte

oteiro:

o

Veri f ique

m sua

indstr ia

s

pr incipais

quipamentos

xistentes

araproduo

e

calor.Se houverum gerador e vaporconsidereambmas tubulaes e

distr ibuio e

vapornesta

anl ise.

o

Meaas temperaturas1 do inter ior o equipamento t2 do ambiente xterno.

o

Se o equipamento

ossuir

solamentormico,

mea

sua espessura

e),

denti ique

mater ia l t i l izado

o

respect ivo

oefic iente

e condutib i l idadermica

k),

que

varia

com a t emperatura. aso no se conheao

valor

exatode

(k),

considere

s

valores

mdiosapresentados a tabelaanterior.

Quando

as

paredes

do equipamentoorem

constitudas

or

vriosmateriais

ue possam

ser consideradossolantes

rmicos, eve

em conta ambma inf luncia estesmater ia is esteclculo.

o

Parasuperfc ies

lanas,

mea

a reaexter ior

S)

do equipamento

ue

rradia

alor.

No

casode caldeiras onsidere corpo,apesarde ci l ndr ico, omo uma superc ie

plana.

Nos casosem

que

ocorrem solaesrmicas i ferentes

ara

as laterais,

iso

e tetodos equipamentos,eve-se

onsiderar adasuperf

c ie.

o

No

casode tubulaes, ea

o dimetro xterno o tubo

(d.)

e

o

tubo

mais

o

isolamento

rmico(d").Mea

ambmo comprimento

em

metros.

o

Para

as

instalaes

em isolamento

rmicoobtenhanos

grficos

seguir , correspondente

erda

de calor

q).

dimetroexterno

do

(l )

das tubulaes,

(Abaco

de

Wrede)

a

ISOLAMENTO TERMICO

1 4

Material solante

Tempratra "mxima de

utilizao

"C

Tempratura

e

operao

C

k:.

(kcal/hm."G)

Poliuretano

1 0 0

0

0 , 0 2 0

Sil icato e Clcio

65 0

1 0 0

0 , 0 5 1

200

0 ,057

300 0 , 0 6 2

400

U,UIJU

500 0,073

600 0 ,078

650 0 , 0 8 0

Fbrade Vidro

550

l U U

U , U

200

0 , u 4 1

300

o , u 4

400

u,u5t t

550

0 , 0 7 5

L de Rocha 750

1 0 u

U , U C

20Q

0 , 0 4 1

300 U , U 4 U

400

0 , 0 5 7

500

0 , 0 6 6

600 o , u l

700

U , U U 9

750

u,u9t i

Fibra

Cermica 1.400

200

U,UZ5

400

U , U 5 U

600 U , U U U

800

u , l l 4

1 . 0 0 0

u , l 5 4

I . Z U U

0 , 1 8


12/43

c

q

4

o

-9

eoo

o

cl

,

GRFICOS

PERDASDE

CALOR

Ett

SUPeRTCteS

sem isolamento tmico

50

60 70

DIFERENA

DE TEMPERATURA

CC)

120

13 0

DIFERENADE TEMPERATURACC )

d

E

E

t

J

o

o

E

UJ

.t

-/

,/

-/

/

-/

./

.J

./

-

7

PERDAS E

ALoREu

supenrcres

sem solamentormico

ISOLAMENTO TERMICO


13/43

PERDAS

E

CALOR

MTUBULAES

sem solamnto

rmico

a4 '

ast2'

g3 '

a21t2',

g2 '

a l l n '

A1'

e @1114'

ag4'

g112'

30

DIFERENA

DE

TEMPERATURA 9C)

PERDAS

DE

CALOR

EM TUBULAES

sem lsolamnto

tmico

a4'

931t2'

g3 '

a2112"

a2 '

af

n,

91114"

a1 '

au4'

4il2'


14/43

PERDAS

DE CALOR

EM TUBULAES

sem

isolamento trmico

t 'o

o,ra*r*A DETEMPERATURA

cc )

o

Determine

s

perdas

Q1,

da seguinteorma:

superfcies

lanas:

Q1

=qxS

onde:

Ql

=

perdas

de calor

(kcal/h)

q

=

perdas

de calor

(kcal/h.m')

conforme

grfico

S

=

reaexteriordo equipamento

m')

tubulaes:

Q1

=qx l

onde:

Q1

=

perdas

de calor

(kcal/h)

q

=

perdas

e calor

kcal/h.m)

onorme

rfico

I

comprimentoa tubulao

m)

o

Paraos

equipamentos

uepossuem

solamentormico

etermine s

perdas

e calor

Q1,

util izandos seguintes xpresses:

superfcies

lanas:

s

(t1

t2)

g3 '

421t2',

a2 '

en1t2'

411t4',

Qt1'

au4"

a1t2'

se

LT

ISOLAMENTO TEEMICO


15/43

para

ubulaces:

Sn( t1

- t2 )

Q 1 =

_rn+

: -

k

onde:

Q1

=

perdas

atuaisde

calor

(kcal/h)

k

=

coeficiente

e condutibil idade

rmicado

isolante,

ff i kcal/h.ff i .oC,

sua temperatura

mdia:

tm=( t r+ t )+2

=

tempraturanterna

o equipamentou da

tubulao

"C)

=

temperatura

mbiente

"C)

=

spssura

o

isolante

m)

=

reaexterna

e conduo

e

calor

m')

-

comprimentoa tubulaom)=

dimetro

xterno

o tubo

m)

=

dimetro

xterno o tubomais

solantermico

m)

Nota:

Quando

xistem riosmateriais

ompondo

isolamento

rmico o equipamento

considera-se

efeito e

cadaum e efetua-se somatria estes alores.

o

Para reduzir

as

perdas

de calor

dos equipamentos tubulaes

ode-se

util izarum

outro solantemais

eficiente,

om

menor

coeficiente e condutibil idade

rmica, umentar

a espessurado isolamento

rmico

ou ambas as solues onjuntamente. scolha

a

afternativamais

adequada

para

seu caso.

Lembre-se

ue, quandopossvel,

oc

pode

tambm reduziro comprimento as tubulaes, l iminando s trechosdesnecessrios,

evitando, ssim,

desperdcios

e energia.

r

Calculeas

novas

perdas

Q2,

util izando s expresses nteriores.

r

Determine reduo

de

perdas

devido melhoriado isolamento

rmicoefetuando

diferena:

Qr -Qz

R

-

reduo

de

perdas

devido melhoriado isolamento rmico

kcal/h)

Q1

=

perdas

atuais

do equipamento u tubulao

kcal/h)

Q2

=

perdas

do equipamento u

tubulao

om i solamento rmico

adequado

kcal/h)

o

Estime

a

quantidade

mdiamensal

de

horas

h)

em

que

os equipamentos u tubulao

so mantidosem funcionamento.

o

Calculeo

potencial

e economiade energia

E)

util izando seguinteexpresso:

E=Rxh (kca l /ms )

t1

t2

e

S

I

de

da

llSoLAMENTo

aurco

1 8


16/43

I

Para

determinar

economia

que

isto

representa om consumode energtico, ividao

resultado

nterior

pelo

seu

poder

calorfico. e o equipamento

or

eltrico,a divisodever

ser

feita

por

860

para

se obter

o

resultado

m kWh/ms.

O dimensionamento

conmico

o isolamentormicodeve ser resultante

a comparao

entre o seu custo

e a economia

que

ele ir

proporcionar

om a

reduo

do consumode

energiaao longode sua vida til.

Assim

sendo,

possvel ue

um isolamento

rmicode custo

nicial

maiselevadoacabe

se mostrando

mais

econmico

em decorrncia

de suas

melhores

propriedades, ue

iro

acarretar

menor

consumo

de energia.

Cadasituao

eve

ser analisada

eparadamente, o

havendo egra

geral para

recomendao

e um tipo ou outro de is olamento

rmico.

3. COGERAO

3.1

TNTRODUO

A

gerao

de energia

eltricano Brasil

caracterizada

or

ser essencialmente ldrulica

e

por

concentrar

elevados

nvestimentos

o Estado.Devido

ao esgotamento

dos

grandes

potenciais

economicamente

aproveitveis

e tambm dos escassos recursos

inanceiros

existentes, introduo

e novos

conceitos

uanto

a utilizao

produo

e energia ornam-se

de

fundamental

mportncia

ara

a

continuidade

o desenvolvimentoo Estado

de So

Paulo.

Assim,

necessrio

ue

sejam

util izados,

m um curto espaode tempo,

outras ontes

energticas

outrossistemas

que permitam

acionalizar

produo

de

eletricidade,ncentivar

a

conservao

e energia

e aumentar

e um modo

geral

a eficincla nergtica

as unidades

consumidoras.

A

cogerao

e energia

uma dessas

alternativas,

ois

sua

introduo

os

atuaissistemas

de

produo,

alm de

significar

um

novo

negcio

para

a

iniciativa

privada,para

o

Estado

pode

significar

ma

das solues

mais nteressantes

aragarantir

atendimento

a demanda

de energianos

proximos

anos.

A principaldiferenaentreeste

conceitoe o

da

produo

de energia

eltricaatravs

de

uma termoeltrica

onvencional,

que

na

cogerao calor contidona

sada

do sistem,

ainda aproveitado

o

processo

produtivo.

Na

gerao

ermoeltrica onvencional

ste calor

residual

simplesmente

ejeitado.

Estecaptulo r

apresentar

s conceitos

sicos

que

envolvem

um sistema

de cogerao

permit i r

ma anl ise

prel iminar

a viabi l idade

e sua implantao.

cocERAAO


17/43

3.2

DEF|NtO

Cogerao a

produo

imultnea seqenciale

calor

e trabalho, travs e uma

nica

ontede energia,

ue

visa

o atendimento

s necessidadeso

processo

rodutivo

a

unidade. ssa

onte

de energia, ormalmentem

nsumossil u biomassa,

roduz

alor

atravs e um processo e combusto,ue em adequados istemas e converso omo

turbinas

gs,

urbinas

vapor,

tc.

produzem

rabalhomecnico calor

para

a unidade.

O trabalhoobtidoem um sistemade cogerao

ode

ser util izado m um alternador

ara

a

produo

de eletricidade u diretamente m equipamentos

omo fora motriz,enquanto

que

o calorservirao

processoprodutivo ara

atividades e aquecimento, ondicionamento

ambiental,

erao

de

vapor,

secagem,etc.

Portanto, ica claro

que

a

util izao a cogerao

roporciona

ma

maior acionalizao

no uso dos energticos ,

geralmente,

maiores

endimentos

lobais

os

processos

ndustriais.

3.3 PRINCIPAIS ARACTERSTICAS

As

principais

caracterst icas os sistemas de

cogerao

podem

ser

resumidasnos

seguintes tens

o

A

cogerao

na maioria

dos casos

necessita m

investimentomenor

por

kW instalado

comparado om a

hidroeletricidade.

Processo

Inves t imento

por

kW

Cogerao

us$ 800 1 .000

Hid

oeletr ic idade

u s $ 2 . 0 0 0

2 . 5 0 0

o

A

lexib i l idade

o

sistema

ermite

ut i l izao

e vr ios nsumos isponveis a regio

com um

maioraprovei tamentonergtico.

anl ise o custodo Gcalt i ldeve

evar

em

contaos

custosde transporte, r mazenagem,

r-aquecimento,

anuteno

e

temperatura,

tc.

o

Diminuio os

impactos mbientais om

a menornecessidade e invest imentosm

hidroeletr ic idadeformao e lagos) menorpoluio mbiental evidoao maior

rendimento

lobal

da unidade

uti l izao

e equipamentos

aisef ic ientes).

o

Menos

perdas

nos

sistemas e transmisso

distr ibuio,lm da atualescassez e

baciashidrogrficasavorveis.

o

A eletr ic idade

ue poder

er

l iberada os sistemas ltr icos om a entrada

e

sistemas

ogeradores,

ossibi l i tar

atendimento e outrosconsumidores, e lhorar

a confiabi l idade

retardar

entrada e

usinas ermoeltr icasonvencionais

hidroeltr icas ais

carasno sistema nter l igado.


18/43

.

O

planejamento

o se tor eltrico

prevque

obras

para

o aumentoda capacidade

instalada

em um

prazo

mdio

de 8 anos.

sto mplica

que

as

condies e atendimento

devemser

planejadas

om

aproximadamente

5

anos

de

antecedncia.

introduo e

sistemascogeradores

ompletos em

um

prazo

mdio de 2 anos.

r

Escassez

de

recursos

pblicospara grandes

nvestimentos

m sistemasde

gerao/transmisso/distribuio.a cogerao eremosa descentralizao os

investimentos

a

participao

a iniciativa

rivada.

o

O aumento

da

potncia

nstalada

m sistemas ogeradores

ode

ser feito

de uma

maneiramodular

desde

que

as caractersticascnico/econmicasa unidade

permitam

e

no

em

grandes

blocos

como a

hidroeletricidade.

o

Maior ndependncia

nergtica a

unidadeem

relao

ao

fornecimento

ao custo

eal

da energia.

o Melhoraproveitamento nergtico lobal.

3.4

T|POS

DE

COGERAO

A

cogerao

um

processo

eqencial,

sto

, a energia

no

aproveitada m um deter-

minadomomento,

basicamente

a forma

de calor,

pode

ser util izada omo

fonte

de energia

em outro.

Aentrada

de

um sistemacogerador a matrizenergtic a

e uma unidade

pode

serfelta

principalmente

om:

turbinasa vapor,

urbinasa

gs,

ciclo combinado,

motores

de combusto

internae ciclosde absoro.

A

escolha de

um dos sistemas

apresentadosa seguir ,

por permit i rem

diferentes

configuraes,

deve levar

em conta a viabilidade cnico-econmica, s necessidades

estra tg icas

da un idade

e outras var ive is

como

disponib i l idade

e gua, espao,

combustvel ,

ondies

mbientais,

tc.

3.4.1

Cogerao om turbinas

a

vapor

Sistemas

e cogerao

om urbinas vapor

ocompostos asicamente

or

caldeira

de vaporsuperaquecido,urbinaa vapor, edutor equipamentocionado porexemplo:

alternador).

O

combustvel

ueimado

a caldeira

ema

maior

parte

de suaenergia til izada

ara

a

produo

e vapor

a alta

presso

temperatura.

stevapor

ser util izado

ara

o aciona-

mento

a turbina ntes

de ser entregue

o

processo rodutivo

a unidade.

Esse

ipo de cogerao

ermite

til izar ombustveis

enosnobres

e maisbaratos,

como esduosndustriais,

arvo,enha,

agao e cana,etc. Este tem

de

fundamental

importncia,

ois

orna ivel

conomicamente

projeto ara

muitas nstalaes.

coGERAAO

21


19/43

Existem

ois ipos

bsicos e

ciclos

ue

dependem o

que

produzido rimeiro,

calor

ou o trabalho.Denomina-seTopping

ystem" sistema

ujocalor

ejeitado

a

produo

e

eletricidade

aproveitado

ara

uso

em um outro

processo

omoaquecimento,efrigerao,

tc.

Este

ipode sistema

ermite

rabalhar

ommaiores

resses

temperaturas

o

vapor

e con-

seqentemente

btermaiores

endimentos

trabalho til.

O outrosistema enominadoBottoming ystem", sa como nsumo calor iberado

nos

processos.

ste

calor

pode

ser

aproveitado

aragerar

vapor

em uma

caldeira e

recu-

perao,

ue por

suavez

poder

cionar

ma urbina

roduzindo

rabalho.

A

maior

parte

dos

projetos

e nstalao e sistemas

ogeradoresom urbinas vapor

podero

ser atendidos

pelos

produtos

colocados

no mercado nterno

pelos

fabricantes

nacionais.

Caldeira

Insumo

-

Figura

1

-

Sistema

de cogerao com

turbinas

a

vapor'"Topping

System".

3,4.2Cogerao om turbinasa gs

As

turbinas

gs

so

equipamentos

ompostos asicamente

or

compressor,

mara

de

combusto a turbina

propriamente

ita.

O

processo

xotrmico esultante a

reao

entreo ar e o combustvel,a

cmara e combusto,

eragases

que

ao se expandirem

a

turbina

rovocam

m movimento

xial

que

resutta m

rabalho

o eixo.

O eixoda turbina, lm

de acionar compressor,

ode

estar igadoa vriosequipa-

mentos

aiscomoalternadores,ombas,moendas,opradores,tc.a

fim

de atender s

mais

variadas ecessidades

o

processo.

Os

gases

de exausto

que

atingem emperaturas o

redor

de 500

oC,

podem

ser

aproveitados

ara

secagem,

erao

de

vapor atravsde uma caldeirade

recuperao,

aquecimentoe

luido

rmico, ondiclonamentombiental,

tc.

Se o calorcontido

os

gases

de exausto

or util izado

ara

a

produo

e

vapor, ma

partepode

ser desviada injetada a

turbina

ara

melhorar

eu

rendimento

lobal.

Existem ois

ipos

de

turbinas

gs:

a

"Heavy

Duty"

e

a aeroderivada,mbas omo

mesmo

rincpio

e uncionamento

comos

mesmos omponentes

rincipais.

utra

mportante

caractersticaessesistemade cogerao que suasdimenses o reduzidas a rea

total

para

sua

nstalao

pequena.


20/43

As

turbinas

gs

no

so totalmente

abricadas o

pas

o

que

implica

ue

para

a

introduo

e sistemas ogeradoresomeste ipode

mquina,er

necessrio importao

de

parte

dosequipamentos.

Galdeira

Figura

2

-

Sistema de cogerao com turbinas a

gs.

3.4.3Cogerao om ciclo combinado

O ciclo ombinado

o

resultado

a aplicaoonjunta

e

doisconceitos e

cogerao:

com

urbinas

vapor

e com urbinas

gs.

O combustvelsado nicialmente

m uma

urbina

gs,gera

rabalho

o

eixo

e calor

contido

os

gases

de exausto. s

gases

e exausto,

eixam turbina om

uma emperatura

de aproximadamente00'C

e so uti l izadosomo

ontede energia m umacaldeira e

recuperao.

Na caldeira

e

recuperao,

ode

ser necessria

utilizao e uma

queima

dicional

de combustvel

ara

superaquecervapor

a altas

presses

temperaturas.

stevapor r

por

sua

vez

alimentar ma

urbina

vapor,

ue

ornecer,rabalho

o

seueixoe calor

ontido

no

vaporde escape.

O calor ontido o vapor

e o trabalho

erado

oseixosdasduas urbinas, btidos om

o

ciclocombinado,upriro

m

parte

ou totalmentes

necessidades

o

processo rodutivo.

Esteciclo

apresenta ma

grande

ficincia

flexibilidadee operao,

odendo

nclusive

util izar iversos

ombustveis.

grande

esvantagem

sua complexidadeperacional o

seualtocusto

nicial

e nstalao,

ois,

eune

m ums

sistema uas ecnologiasomsuas

respectivas

aractersticas

necessidades.

combustvel

{-

I

h

I

rr

coeeneo

23


21/43

combustvel

Figura

3

-

Sistema

de

cogerao com cclo combinado.

3.4.4

Cogerao om motores

alternativosde combusto

nterna

Este

conceito e cogerao

aseia-se a utilizao e

motores

lternativos

e combusto

interna

erando

rabalho calor,

partir

o usode um nico

nsumo

nergtico.

O

calor

esidual,

ontldo os

sistemas e escape,

ubrificao refrigerao,

ode

ser

util izado

ara

o

aquecimentoe

gua,

pr-aquecimento

e

ar

combustvelu at

mesmo

gerarpequenas uantidades

e

vapor

a baixa

presso

temperatura. trabalho btido

no

eixodo motor

oder

cionar m

alternador

ue

suprira nidade e eletricidadeu

qualquer

outro

equipamento ecessrio

o

processo.

A

quantidade

e calor esidual proveitadaos sistemas nteriormenteitados

o

das

mais

expressivas,

or

sso

o seu

mercado

otencial

er

ormado

or

empresas

ue

utilizam

pequenas

uantidades

e calor

e

grandes uantidades

e energia ltrica u

foramotriz.

As

principais

inhasde montagem

e

motores o

pas,

em

como

principal

inalidade

atendimento

o

mercado

eicular,

ortanto,

s

equipamentos

roduzidos

qui,normalmente,e

caracterizam

elapequena otncia

ndlvidual. arao atendimentoe sistemas om

grande

potencial,

er

necessrio

formao

e bancos

de motores u a

importao

e unidades e

grande otncia

ndividual.


22/43

I

I

Figura

4

-

Sistema

de cogerao

com

motores

alternativos

de

combusto

interna.

3.4.5Cogerao om ciclo de absoro

O ciclo

de absoro

um

outro

conceito

ue pode

ser

utilizado

a

cogerao.

cator

residual

roveniente

e algum

processo

u

equipamento

omo

uma

urbina

u

um motor,

ode

ser

a

fonte

quente

desse

ciclo.

Para

mostrar princpio

sico

e funcionamento

esse

sistema

er

usado

omo

exemplo

uma

soluo

e

amnia.

Esta

soluo

de

alta

concentrao)

bombeada

ara

o interior

e

um

trocador

e calor

onde

evaporada

om

a energia

roveniente

e uma

onte

quente

100

200

"C)

dando

ncio

ao

ciclo.

O vapor

de

amnia

a resultante

er

condensado,

assar

or

uma

vlvula e expanso porum evaporadornstalado entrode umacmara ria.

Aps

absorver

calor

e refrigerar

meio,

o vapor

de

amnia

a

baixa

presso

unta-se

novamente

soluo,

gora

de

baixa

oncentrao,

entro

o absorvedor

reinicia

ovamente

o

ciclo.

O mercadopotencial

esse

sistema

ser constitudo

asicamente

or

setores

que

necessitam,

lm

da

energia

ltrica,

e

condicionamento

mbiental

u

sistema

e

refrigerao

para

seu

uncionamento.

Os absorvedores

o

so no

momento

abricados

o

pas,

portanto

para

ua

ntroduo

em

um

sistema

e

cogerao

er

necessrio

mport-los.

II

coeeneo


23/43

Figura 5

-

Sistema

de

cogerao

com ciclo

de absoro.

A escolha e um dos sistemas presentadosnteriormente,orpermitiremiferentes

configuraes,

eve

levar

em

conta a

viabilidade

cnico-econmica,

s

necessidades

estratgicasa

unidade

outras

ariveisomo

disponibilidade

e

gua,espao,

ombustvel,

condies

mbientais,

tc.

3.5

EQUIPAMENTOS

RINCIPAIS

O

rendimento

lobal

e o desempenho

o

sistema

e cogerao

o

funes

as

caractersticas

e operao,

a

ronteira

do

meioescolhidos

ara

anlise

das

particu-

laridadesndividuais

e cada

um

dos seus

componentes.

presenta-se

seguir,

e uma

maneira inttica, lgumas aractersticasos principaisquipamentosuepodem ompor

um sistema

e cogerao.

3.5.1Caldeira

de

vapor superaquecido

A

caldeira

de

vaporsuperaquecido

a

mais ndicada

para

ser

util izada

m sistemas

de

cogerao

a

vapor e deve

ser especlficada

e

forma a alcanar

uma alta

eficincia

nergtica.

Estesequipamentos

presentam

s

maisvariadas

e

atuais ecnologias

e

produo

e

vapor

que

permitem

a utilizao

e

insumos

energticos

egionais,

uer

sejam

slidos,

quidos

ou gasosose a obtenode vapor superaquecido altaspressese temperaturas.

Os

principais

armetros

ara

a obteno

de

um

alto

rendimento

nergtico

os sistemas

de cogerao

vapor,alm

de

programas

e

operao

e

manuteno

dequados,

o :

o

Presses

temperaturas

e

vapor

adequados

o sistema

como

por

exemplo:

PiesSo

Tepeiatura

21 kg/cm2

300

c

30

kg/cm'

350

C

42kgtlcm2

400 'c

62

kgf/cm'z

450 'C

coeeneo

26


24/43

o

Utilizao

e

pr-aquecedor

e ar e

economizador;

o

Instrumentao

m vrios veis,

tlngindo ta operaootalmente utomtica;

r

Tratamento

e guade alimentao

com

presses

e trabalho cimade 42 kgf/cm',

este

tem

de importncia

undamental);

o

A

guade

alimentao

a caldeira eve er a

maior

entalpia

ossvel.

ara sso

fundamental

bomaproveitamento

o condensado;

o

Manter rendimento

a caldeira e vapor uperaquecido

rximo

o valor ornecido

pelo

abricante.

omo

por

exemplo:

Slido

Economizador

80 a 83%

Economizador pr-aquecedor e ar 84 a 89o/"

Lquidos

e

gasosos

Economizador

85 a 88%

Economizador

pr-aquecedor

e ar 89 a 95%

A

capacidade e

gerao

e

vapor

da caldeira eve

ser

aproximadamente

0%superior

quantidade

e vapor

que

se

pretende

tilizar o sistema e cogerao

ara

um

unciona-

mentomais

adequado

seguro a unidadendustrial.

Na

anlise

a

quantidade

e caldeiras

ue

sero

utilizadas

o

sistema e cogerao,

deve-seevarem consideraonecessidadee se manter oprocesso nidades egerao

de

vapor

em

"Stand-by"ara

o atendimentoas

principais

ecessidades

o

processo

rodutivo.

3.5.2Caldeirade

recuperao

As caldeirasde recuperao

o equipamentos

specialmente esenvolvidos

ara

o

aproveitamento o calor residual, e algum

sistema

ou

processo, ara

a

gerao

de

vapor

ou

para

o simples quecimento

e algum

luido.Essesequipamentos

odem

apresentar

ariaes

construtivas

ue

permitem

a obtenode ciclosde

vapor

com

caracterst icas iversas.

Se for necessrio m aumentona quantidade e vaporgerada,elevao e pressoou

temperatura,

tendimento e

picos

de cargaou mesmo

para

cargas

contnuas,

ode-se

nstalar

na

caldeirade recuperao

ueimadores

uplementares

ue

funcionam,

normalmente,

om

combustveis

quidos

ou

gasosos.

No

caso do aproveitamento os

gases

de exausto

de uma urbinaa

gs

aeroderivada,

deve-se

notar

que

apenasuma

parcela

ao

redor

de

20 a35"/"da

massa

otalde ar

introduzida

no

equipamento util izadana combusto.O restante,

que

tem

a

inalidade

de

resfriar

o

equipamento

que

caracteriza

a

possibil idade

e

uma

queima

adicionalem excelentes

condies.

cocERAAO

27


25/43

Um cuidado undamental

o

uso de

uma

caldeira

e

recuperao,

a necessidade

a

existncia

e

um

"By-Pass" ara

descarga

iretana atmosfera

u em

outro

ocal

mais

adequado

os

gases

quentes.

ste

ecurso,

ue

deve

ser util izado

elo

menor

espao e

tempo

possvel

necessrio

ara

esolver

ventuais

roblemas

o

equipamento

u cumpri-

mento

da

programao

e

manuteno.

Os

principais

armetros

e

controle

ara

a

obteno e um alto rendimento

nergtico,

alm

de

programas

e

operao manuteno

dequados o:

r

nveis

de

instrumentao

dequados

o

processo;

o

tratamento

a guade alimentao;

o

temperatura

e

sadados

gases

quentes araque

no

ocorram

esperdciosu

processos

e corroso

esnecessrios;

o perdaexcessiva epresso osgasesparaque

o equipamento

u sistema

ue

ornece

calor esidual

o

seja

prejudicado

m seu

uncionamento.

3.5.3Turbina

vapor

Estes

equipamentos

odem,

ffi relao

s caractersticas

o

vapor

na sada

da

turbina,

er

classificados

omo

sendo

de contrapressou de condensao

presentando

u

no

extrao

e vapor

no

seu corpo.

Os

equipamentos

lassificados

omo

de contrapresso,

o aqueles os

quais

o

vapor

na sadada turbinaapresenta ondies e pressoe temperatura ompatveis om as

necessidades

o

processo

rodutivo.

or

outro lado

os

de

condensao, ormalmente

utilizados

para

priorizar

gerao

e

energia ltrica,ornecem a

sadado equipamento

um vapor

com alguma

umidade,

aixa

presso

e temperatura

em

geral

com

pouca

utilidade

ara

o

processo.

ssevapor

encaminhado

ara

um condensador retornado

o

sistema.

Dependendo

as

particularidades

a demanda e vapora

ser atendida,muitas ezes

necessrio

ue

as turbinas vapor

apresentem

m seu corpo,condies

araque

hajam

extraes

m

determinadas

resses

temperaturas.

quantidade

e

vapor

que pode

ser

extrada a turbina, fim de queo rendimentoo sistema osejamuitoafetado, epende

das caractersticas

onstrutivas

e cadaequipamento.

Quanto

ao nmero

e estgios,

s turbinas

vapor

podem

ser

de simples

SE)

ou de

mltiplos

stgios

ME).

Como

o

rendimento

o equipamentoumenta

oma diminuioo

salto

rmico

por

estgio,

s turbinas e

contrapresso

e mltiplos

stgios presentam

rendimentos

onsideravelmente

aiores

ue

as de simples stgio.

A

escolhado tipo

construtivo a

turbina

funoda

quantidade

e

vapor

urbinado

(acima

de 20

Uh deve ser analisada

ecessariamentede ME),da existncia e vaporde

extraonecessariamenteE),da pressona sada,da variaoda vazoque afeta

diretamente

rendimento

o sistema

da

potncia

o sistema ogerador.


26/43

As centrais

ermoeltricas

vapor,

ue

normalmente

tilizam

urbinas

e

mltiplos

st-

gios

ipocondensao,

rabalham

om

emperaturas

e

vaporda ordem

de

560

C

e com

uma

presso

a sada

da turbina

de at

1

polegada

e

Hg.

Essas

nstalaes

odem

apresentar

um

rendimentormico,

m

determinadas

ondies,

a faixa

de 36

a 39o/".

Devido s altas solicitaesermo-mecnicas, lguns cuidadossimples,porm funda-

mentais,devem

ser tomados

visandoaumentar

a

vida

til do

equipamento,

omo

por

exemplo:

o

boa drenagem

do condensado;

o

evitar

ncrustaes

palhetas

canais);

o

seguiros

planos

de

operao

e

manuteno

ecomendados

elos

abricantes.

3.5.4

Turbinaa

gs

O

princpio

e

uncionamento

a turbina

a

gs

baseado

a compresso o ar por

equipamentos

e simples

u

de mltiplos

stgios

sua

injeo m

uma

cmara

de com-

busto,

nde

misturado

omo

combustvel

queimado.

omo

somente

arte

do

ar admitido

util izado

a

combusto,

restanteem a

funo

de

refrigerar

equipamento

e

modo

a

limitar temperatura

xima

as

palhetas.

As

urbinas

gs

soequipamentos

ue

produzem

rabalho

partir

os

gases

uentes

originados

a cmara

de combusto

o seu

desempenho

baseado

o direcionamento

contnuo

este

luxo

sobreas

ps

do

rotorda

turbina.

Deve-seessaltarueo nome urbina gsnosignifica tipode combustvelueest

sendo

utilizado,

sim

o

fluido

ue

se

expande

a turbina,

roduto

e

umacombusto.

Os

combustveis

quidos,

asosos

at

mesmo

s

slidos

odem

er

util izados

este

ipo

de equipamento

m

uno o

seu ipo

construtivo.

No setor

ndustrial

stesequipamentos

odem

ser

empregados

ara

o

acionamento

mecnico

e alternadores,

ompressores,

ombas,

tc.

e o seu

calor

util izado

o

processo

produtivo.

no caso

de termoeltricas

m

ciclo

aberto,

sse

calor

rejeitado.

Nestas

aplicaes,

ependendo

a

tecnologia

o

equipamento

das condies

e

instatao operao, onseguem-se,as urbinas eroderivadas,alores ndividuaise

eficincia

cima

de

40% e

potncias

e 50

MW.

As turbinas

enominadas

Heavy

Duty"ou

"Frame",

presentam

quinas om

potncia

nitria

cima

de

200 MW.

Devido

s suas

caractersticas

onstrutivas,

s

urbinas

gs

aeroderivadas

ncontram

sua

principal

plicao

a aviao

ivil

e

militar.

orserem

tilizadas

m

grande

scala

sob

condies

igorosas,

stas

mquinas

ue

em

garantido

m

grande

mercado

ativo,

presentam

um

desenvolvimento

m

termos

e

materiais

performance

em

acentuado.

coeeaao


27/43

Outra importante

aracterstica esses equipamentos

a

relao otao/potncia

ue

pode

ser administradacom a correta

escolha

do

nmero de eixos dos equipamentos.

As

turbinas

podem

apresentar m nicoeixo

para

o acionamento o compressor

forneci-

mento

da

potncia

til

ou utilizar

vrios

eixos

concntricos

ndependentes

acionados

por

rotores

separados.

A

potncia

ornecida

por

esse tipo de

equipamento

aria

dependendodo

lugar e das

condiesda instalao.Para

efeito de comparao

entre os diversosequipamentos xistentes

no mercado

normal

se

definir a

potncia

disponvelnas condies

SO,

ou seja, con-

siderando ntre

outros

atores,

uma temperatura mbientede

15

"C

e

a

presso

atmosfrica

ao nvel

do mar.

Dentreos

diversos

parmetros

que

afetam

a

potncia

de uma turbinaa

gs

destacam-se:

alt i tude,

umidade elativa

do ar,

temperatura o ar ambiente,

perdas

de carga

nos dut os de

admissoe escapedos

gases

e o combustvel ti l izado.Geralmente s dados

apresentados

se referem

utilizaode

gs

natural

como

combustvel.

Estes

equipamentos

roporcionam

ma

relaoW/Q

(trabalho/calor)

maior

que

a obtida

com

urbinas vapor,o

que

d

mais

lexibil idade e util izao

proporciona

mais rabalho

or

unidade

de calor.

3.5.5

Redutor

O redutor

em a inalidade

de transmitira energia

mecnicaao alternadorou outro

equipamento cionado,

incronizando ua rotao

para que

no hajam

distrbios

a reqncia

da rede ou no funcionamento

o

processo

produtivo.

Dependendo a

potncia,

utros

ecursos

mais adequados, cnico-economicamente,o util izados ara qye ocorraesta transmisso

como

por

exemplo turbinas de

eixos

mltiplos

ou

at mesm o um

projeto que permita

o

acoplamentodireto.

O

rendimento

mdio

encontrado

ara

o

redutor,

ps

anlisede equipamentos e diversos

fabricantesnacionais

oi

de 97,5"/o.

3.5.6

Alternador

A

gerao

onvencionale energia ltrica conseguida

travs o movimentoe um

condutor m um campomagntico. ara

que

hajao movimento o condutor

necessrio

energiamecnica

ara

o seuacionamento.

Estes quipamentos

o

projetadosarticularmentearaserem

cionados

or

motores

ou

por

meio

de turbinas

gs

ou

vapor

e seu

acoplamento

ode,

dependendoa

rotao

o

eixo

de

potncia,

er diretoou

feito

atravs e

redutores

e

velocidade.

Em

um alternador, r endimentoariaem

uno

a

potncia erada

obtido travs

de

testes aseados m

normas

uepodem

er acordadas

a horada aquisio o equipamento.

recomendvel

ue

este

equipamentoeja

adquirido om uma

margemde

potncia

e

segurana

araque

a unidade

presente m

uncionamentoais

adequado

quepequenos

aperfeioamentoso sistema u no processo rodutivoejamabsorvidos transformados

em benefciosdicionais.

coc,eneo

30


28/43

O

rendimento

dio

encontrado

ara

o alternador,

psanlise e

equipamentos

e

diversosabricantes acionaisoi

de 94,Oo/".

3.5.7Gondensador

O vapor esidual

o

processo

u o

que

sai

de uma urbina

ode

ser descarregado

a

atmosfera,ornando-o ntieconmicopodendo carretar riosproblemasmbientais,u

ser reaproveitado

travs e umacondensaom um trocador e calor.

Essecondensado

poder

ofrer m novobombeamento

ara

a caldeira

ser reutilizadoomoguade alimentao.

O condensador

o equipamento

ue

ema

finalidade

e

transformaraporem quido,

atravs

a

retirada

e calor

por

meio

de um elemento

e refrigerao.s elementos

ormal-

menteutilizados

o a gua,

proveniente

e

rios, agosou mesmo o

mar

e o ar atmosfrico.

A util izao

e um ou de outro efrigerante

epende

o ipodo

projeto,

o

ocal

e

nstalao,

das

icenas

abveis,

tc.

Apesar o processo erde condensao,presso praticamenteonstante m odos

os

pontos

o equipamento

orque

le unciona m um sistema berto, u seja,

na medida

que

o vapor

se condensa le retirado simultaneamententrauma

nova

quantidade

e

vapor

para

ser

processado.

3.5.8

Absorvedor

O sistemade

refrigerao

or

absoro, em um

princpio

e

funcionamento

nlogo

ao

sistemade

rerigerao

onvencional, endo

que

o absorvedor,

rincipal

quipamento esse

sistemade cogerao,

consti tudo

rincipalmente

os seguintes quipamentos;

vaporador,

tanquede absoro, omba,geradorde vapor,condensador vlvulade expanso.

Em ciclosde absoro

podem

ser

empregados

rios

pares

de

fludos

absorventes

ais

como:

amniae

gua,

brometode ltioe gua

(atualmente

mais atualizado

ara

o condiciona-

mentoambiental), tc.A amnia,apesarde apresentar

roblemas

e corroso

e de toxidade

o

mais

empregado

para

o

processo

e

refrigerao m temperaturas

nferiores 0'C.

Quanto

ao

modo

utilizado

para

o transporte

do calor da

fonte

quente para

o absorvedor,

pode-se

encontrarequipamentos

ue

operam

com ciclo

de vapor ou diretame nte om o

gs

de exausto.

O uso direto do cal or,atravsdo

gs

de

exausto

uma tecnologia

que

ainda

est

sendo apereioada,

pois

apresenta,no momento,

como

principaisproblemas

para

sua

difuso:

o

dificuldades

peracionais

om o troc ador

de

calor;

o

impurezas arregadas

elo gs

diretoda exausto;

o

difci lcontroleda

quantidade

e

gs

introduzido

o absorvedor.

coeeneo

31


29/43

As

mquinas

ue

operam om

vapor

podem

ser de simples u mlt ip los

normalmente

dois)estgios e absoro present andoomo

principal

nconvenincia tamanho o sistema.

Para

se ter uma

idia

do

porte

dos equipamentos,

presenta-se seguiralguns

dados

que

podem

ser ut i l izados m um

pr-dimensionamento

o sistema:

a

De

9

a 10 kg

de

vapor

saturado

1

kgf/cm')

por

TR

(Tonelada

e

Rerigerao)

r

Mquinas

e

mltiplos

stgios

De

5 a 8

kg

de

vapor

saturado

1

kgf/cm')

por

TR

(Tonelada

e Refrigerao)

O

principal

uidado a

operao esse

istema,

ue

rabalha m vcuo,

coma entrada

de ar que podecausar ristaliza,oassubstnciastil izadas.

3.5.9

Motores

alternativos e combusto nterna

O

processo

de funcionamento

esses

motores

egueos

parmetros

os ciclosOtto

ou

Diesel ,

om os

quais

convivemos

iar iamente m

automveis,

nibus, aminhes

barcos.

O trabalhoobtido no

eixo do motor util izado

para

o acionamento e

equipamentos

como al ternadores, ombas

e compressores,nquanto

ue

a

energia ont idanos sistemas

de exausto, ubrificao refrigerao

ode

ser

em

parte

aproveitada

ara

calorde

processo,

aquecimento e gua ou f lu ido rmico, ecagemdireta, ondicionamentombiental at

mesmo

para

a

produo

de

vapor

a baixa

presso

e temperatura.

Com a util izaode equipamentos uxil iaresadequadoscomo compressores, ata-

lisadores,

urbocompressores,

r-aquecedores,

esfriadores de eficientes

sistemasde

controlee

gerenciamento

e

operao,

pode-se

uti l izar combustveisal ternat ivos

os

trad ic iona isqu idos eves

e

gasosos,

om a l to

rendimento.

Alm da al ta

ef ic incia

a

converso a energia o insumoenergtico

m trabalho, s

sistemasde

cogerao om estesequipamentosm como

principais

aracterst icas baixo

invest imento nic ia l , aci l idadede operaoe manuteno, lmi taesde potnciapor

unidade nstalada

e uma restrita aixa

de temperatura

ara

a

util izao o calor residualno

processoprodutivo.

Em relao

quantidade

e energia ntroduzida esse

ipo de equipamento,

ode-se

estabelecer

s seguintes

armetros

ara

seu funcionamento:

Gerao

de eletricidade

3 9 %

Sistema

de rerigerao

lubrificao 31 'o /o

Sistema e escape

23 %

Perdas

7 %

coeeaao

32


30/43

3.5.10

Recuperadores

e calor

Dentre

os diversos

iposde

recuperadores

e calor

que

so utilizados

ara

reduzir

s

desperdciose energia o longodo

processo rodutivo,

estacam-se s de cascoe tubos,

placas

e serpentinas. sses

equipamentos

ue

so usados

para

rocade calorentre

gases

quentes

ob

presso

lquidos,ntre quidos lquidos,quidos ar, etc.util izam iversos

tiposde

materiais

ependendo

a temperaturao

fluido

quente,

o tempode

vida

do

projeto,

do

tamanho o equipamento

de outros

atores nerentes o

processo rodutivo.

3.6

METODOLOGIAEANIISE

A anlise

o

potencial

e cogerao

ode

ser

eita

atravs as

necessidadese calor,

refrigerao,oramotriz,

tc. No caso

da auto-suficincia

om

venda

de

possveis

xcedentes

estaanlise star

atrelada, lmdo

processo rodutivo,

umacomercializaoe energia

eltrica.

Este rabalho presentar seguiros principais armetros seremanalisados araa

determinaoo

potencial

e cogerao.

3.6.1

Equipamentos onsumidores

O incioda

anlise

ara

se saber

qual

o

melhor ipode sistema e cogerao

ser

introduzidoa unidade studada,omea

ela

determinao

as

necessidades

o

processo

ou setora ser atendido de suascaractersticas.

Dependendo

a conjuntura a

avaliaocnico-econmica

o

projeto

das

perspectivas

do mercado, erdecidido uala relaodealW/Q(trabalho/calor)ue mais nteressa ara

a unidade.

Esta elao

eterminar tipo

da instalao,

eu modode operao

o tempo

de

retorno

o

investimento.

Neste mtodo, onsidera-se

ue

os

produtos

ornecidos

elo

sistema

de cogerao

devematender s necessidadessicas, otalou

parcialmente,

a

produo

u do servio

paraque

haja

umautilizao

ais acional a energia.

Do

ponto

de

vista

do custo

global

investimento

operao)

parte

mais

significativa

deste custo uno direta da eficincia om

que

so

gerados

o calor e o t rabalho.

Normalmente,

trabalho

alemais

que

o calor,

mas stodepende o

pesoque

se vai dara

cada

parcela

essebinmio

ue

uno

ireta

o

porte

da unidade,

o

grau

de tecnologia

empregado de seu

ramo

de atividade.

No

casode umaunidade

mptantada

ue

tem

suas

necessidadese calor,

rio, ora

motriz,

etc. supridas

pela

centralde utilidades,

eve-secomear

o

processo

om

uma

descrio etalhada os dados

dos equipamentos

instalados

omo:

ano de

fabricao,

insumo til izado,aractersticaso

vapor,

emperatura

o luido rmico,

egime peracional

e outras

grandezas

nerentes o

processo.

cocERAAO


31/43

No

caso de uma unidade

nova,

este

evantamentoe dadosdever

ser considerado

baseado os

estudosat agora

ealizados, as deve-se er em

mente

que

a

possibilidade

da introduo e

um sistemade cogerao

ode

alterar

alguns

parmetros

t agora

considerados.

O

prximo asso

a anlise as

necessidades,u seja,demanda e

vapor, alor, rio,

foramotriz, tc.quedevem eratendidas araqueas caractersticasa central e utilidades

sejamadaptadas

supramos equipamentoso

processo

rodutivo.

Elabore

m croquimostrando

central

e

produo,

s

principais

inhas

e distribuio

e a

focalizao

os equipamentos

onsumidoresa unidade

studada,

araque

se tenha

condies

e

avaliar melhor ocalizao

o sistema e

cogerao.

Nesta

metodologia,

atendimentoas necessidadeso

processo que

determinar

porte,

a

quantidade

e energia, relaoW/Q,

o

investimento

sua

rentabilidade.

Se sua unidadeno unciona

om a

mesma reqncia capacidade urante ano,

tome cuidadona

anlisedestes

dados,

principalmente

m

perodos

tpicos

e caso haja

necessidade

stude-os eparadamentenalisando olues specficas.

Umadas melhoresmaneiras

e se visualizar

mais

claramente atual

uncionamento

a

unidade representar

s valores

ou

estimativas)nteriores m

grficos

e

consumo

orrio,

curvas

de durao

colocao

os valoresanteriores a formadecrescente) mdiado

consumo orrio,

im

de

melhor epresentar

energia

ecessriao

perodo

nalisado

o dimensionamento

o sistema e cogerao.

Gomo auxlio esses

rficos, ode-se

etectar

ariaesmuito

acentuadas atpicas

no consumo a unidade. stude possibilidadee umamaioruniormizaoa produo,

coma finalidade

e

proporcionar

m

maior endimento aumentar eficincia peracional

do sistema e

produo.

Aps

a avaliao os

grficos

itados,

dentiique m conjunto e opes

que

ncluao

valormdio

das

necessidades

puradas nteriormente as

alternativas

ue

seroestudadas,

incluindo

s

futuras

xpanses

revistas

a unidade.

Destemodo,

estaro endodeinidas s diversas lternativas e

dimensionamentoo

sistema

e cogerao,

ue

seroavaliadas

osteriormente,

travs e outros ritrios.

No

caso de sua unidade

no

apresentar

otencialpara

atingir a auto-suficincia,

analise eparadamenteconsumo o horrio e

ponta, rincipalmente

e energia ltrica,

paraque

se

veriique

possibilidade

o aumento

a

gerao

conseqente

iminuioa

dependnciaa concessionria

ocal.

No

se esquea

ue

os

produtos

btidos

na

sadado sistema

de cogerao

vapor,

calor, rio,

energia ltrica,

oramotriz,

tc.)

roatenderotalou

parcialmente

s

necessidades

dos

pontos

de consumo, evendo,

portanto,

er suas caractersticas

ompatveis om

as

necessidades

o

processo rodutivo.

o levantar s dadosdos

equipamentosproveite

verifique

e estesesto rabalhandoentro as

especiicaes

ecomendadas

elos

abricantes,

no

esquecendo e

levar

em considerao

s perdasnos sistemas e distribuio, se

medidas

e

racionalizao

nergtica

podem

er detectadas.

coeeano

34


32/43

Exclua,neste momento,

os

equipamentos om caractersticas

uito

diferentes a

mdia

para

um outro

ipo de anlise,

ois

seu

atendimento

ode

ser

feito

de outra

orma,

como

por

exemplo

util izao

e umaextrao e

vaporno corpoda turbina u at mesmo

um sistemandependente.

3.6.2Potencial o sistema

O

potencial

e cogerao

a unidadeestudada er determinado

elo

ipo

de sistema

idealizado,

elas

caractersticas

onstrutivas o equipamento

motriz,

eficinciaenergtica,

queda

entlpica,

aractersticas

vazo

do vapor ou calor,

quantidade

tipo do

insumoutilizado,

caractersticas

mbientais outras

peculiaridades

a

instalao.

No

caso de um sistemade cogerao

om

turbinasa

vapor,

considera-se

ara

efeito

de clculo,

quando

ocorreuma extrao e vaporem seu corpo,

como sendoduas mquinas

distintas om

suas

respectivas

aractersticas.

primeira turbina

)

definidaentre

o

ponto

de entradae o de extraoe a segunda turbina l) deste ao pontode sada do vaporparao

processo

ou

para

o condensador.

Neste

caso, a

potncia

ornecida

pela

turbina

|

funo direta da

quantidade

e das

caractersticas

o

vapor

admitidoe da

potnciapor

tonelada

de

vapor.A

potncia

da turbina

l

segueos

mesmos

parmetros

nteriores, xceto

na

quantidade

e vapor

que,

nestecaso,

funo

da

quantidade

e v apor admitidomenosa

quantidade

e vapor extrado.

No

caso de uma turbinacom extraode

vapor,a

potncia

nstalada er a s oma das

potncias

ndividuais

e

cada

mquina,

acrescido

de um

fator

que

caracterizar ma

reserva

para

o melhor uncionamento

o equipamento.

A

partir

de dados

prticos

do desempenhode turbinas

a vapor, estabeleceu-se s

seguintes

parmetros

m

relao

a

queda

de

presso:

7'

Tipo da

turbina

ndice klV/t.vapor.h em,lela o

a

queda

de

presso

Queda

de

presso

na turbina

de

at 16 kgf/cm'z

SE

ME

3 , 1 5

4,27

Quedade pressona turbinaacima de 16 kgf/cm'

SE

ME

2,66

3,62

Presso de 42 kg/cm'z

.'.,

Queda

de

presso

a

urbina e at 32

kg/cm'z SE

ME

2,07

2,81

Queda

de

presso

na turbina

acima

de 32 kgf/cm'

S E

ME

1 , 9 1

2,59

Presso

de

62 kg/cm'

Queda

de

presso

na

turbina de at

48 kgficm'z SE

M E

1,33

1 , 8 1

Queda

de

presso

na turbi na acima de

48

kg/cm'?

SE

ME

1 ,65

2,24

cocEBAAO

35


33/43

Exemplo:

Uma turbina i po

ME

admite30

Vh de

vapor

a

42 kgf/cm'e

extraiesse

vapor

a 5kgf/cm'.

A

potncia

do sistema de aproximadamente

Queda

de

presso

na

turbina

+

42

-

5

=

37

kgf/cm'

ndice

+

2,59

Potncia

=+

30

x

37

x 2,59

=

2.875kW

Ateno:

potncia

nstaladao

sistema

ecogerao

funo

o

rendimento

osequipamentos

que

o compem.

No

caso de uma turbinaa

gs,

a sua eficincia rmicaest

principalmente

igada

ao

tipo

construtivo,

orte

do equipamento, ombustvel

ti l izado, aracterst icas peracionais,

t ipo de

c ic lo

que

ela

opera,

perdas

de carga

na entradae

sada do equipamento das

caracterst icas mbientais o

local

da instalao.

Existemvrios

abricantes

e turbinas

a

gs

espalhados

elo

mundo

que

apresentam

seus equipamentos valiados egundo

padres

aceitos nternacionalmente.

ada util izao

a ser dada

ao equipamento eveser

precedida

e uma detalhada onsulta o fabricante,

ois

deve-se evar

em considerao odos os fatores acima citados,

para que

se tenha com

cereza

a

potncia

til

ornecida

no eixo aps o atendimento as

necessidades

o

compressor

e dos acessrios o equipamento.

No se deve esquecer

que

o

fornec imento

o

abr icante ,

3 caldeiras - isolamento térmico - cogeração

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