ANLISE EXRGETICA E TERMOECONMICA DA PLANTA DE UTILIDADES DE UMA REFINARIA DE PETRLEO

Patrcia Alves de Arajo pat.araujo.poli@gmail.com

Prof. Dr. Silvio de Oliveira Jnior silvio.oliveira@poli.usp.br

Resumo. O projeto contempla a anlise de sistemas de utilidades em refinarias de petrleo de grande porte com cogerao. O trabalho tem foco na exergia da gerao dessas utilidades. Foi feita a caracterizao dos processos de converso de energia existentes na planta de refino e na planta de utilidades de uma refinaria tpica, assim como o estudo dos conceitos e formas de anlise exergtica e termoeconmica. Com base em um fluxograma bsico da planta de utilidades, foram realizados os balanos de massa, energia e custo em base exergtica. A anlise termoeconmica foi utilizada para determinao dos custos de produo dos fluxos existentes na planta. A etapa final contemplou a proposio de melhorias visando diminuir a destruio da exergia na planta. Para auxilio nos clculos foi utilizado o software ESS Engineering Equation Solver.

Palavras chave: exergia, termoeconomica, utilidades, cogerao, refinaria.

1. Introduo

A complexidade de anlise de uma unidade de produo de petrleo e gs explicada pela sua variedade de componentes e de formas de energia tais como: energia qumica de combustveis, energia eltrica e energia trmica para aquecimento ou resfriamento. Cada uma atendendo a objetivos distintos e possuindo mtodos de produo especficos.

A anlise da eficincia energtica, seja em termos globais ou para cada componente, baseada geralmente na primeira lei da termodinmica. O clculo da eficincia consiste em estabelecer a razo entre a quantidade de energia associada ao efeito desejado e a quantidade de energia necessria para realiz-lo. A perda dita como a diferena entre estas quantidades de energia. Esta abordagem apenas quantitativa, no havendo distino entre as diferentes qualidades dos tipos de converso de energia.

Do ponto de vista da exergia, o clculo da eficincia leva em conta as condies termodinmicas do ambiente externo unidade em que se realiza o processo global ou ao componente em que se efetua um processo especfico. E o novo clculo para a eficincia visa estabelecer a razo entre a perda da capacidade de transformao da quantidade de energia utilizada para obteno do efeito desejado e a perda da capacidade de transformao da quantidade de energia necessria para realiz-lo. A capacidade de transformao de uma determinada quantidade de energia medida em relao ao ambiente externo e referida a cada uma de suas formas. Essa capacidade de transformao denominada exergia. A vantagem desta anlise que a exergia leva as vrias formas de energia mesma base de comparao, pois a exergia que acompanha um processo possui a mesma capacidade de transformao para qualquer um deles, diferentemente da energia. Ou seja, a exergia final pode ser comparada exergia inicial em qualquer processo. Este o princpio bsico da anlise exergtica.

E dada a diversidade de componentes e de formas de energia envolvidas no caso do estudo de uma unidade de produo de petrleo e gs, a no avaliao das distintas qualidades energticas pode mascarar os resultados e gerar tomadas de decises equivocadas. Para evitar esse problema, a avaliao da segunda lei da termodinmica identifica as qualidades dos processos atravs dos conceitos de entropia e sua gerao apresentados por este postulado.

A anlise exergtica, ento, se torna conveniente na medida em que torna os resultados mais precisos, fornecendo condies para melhores decises em relao a mudanas nos projetos ou condies operacionais das unidades. Ela facilita tambm a anlise termoeconmica, que identifica diferentes opes de qualidades de energia e de processos, levando a diminuio de custos.

2. Descrio da Planta de utilidades

As utilidades so os sistemas projetados para suprir a energia e os fluidos auxiliares ao processo de refino de petrleo, dentre eles: vapor, ar comprimido, gua de resfriamento etc. Para simplificar o equacionamento, foi elaborada uma planta sntese das utilidades de uma refinaria tpica. Nela, os equipamentos so agrupados formando equipamentos equivalentes tpicos. Dessa forma, as trs turbinas que acionam os turbo-geradores, por exemplo, foram agrupadas em um nico equipamento equivalente, no qual as vazes de entrada e sada e potncia eltrica produzida so na realidade a soma dessas variveis relativas a cada uma dessas turbinas.

1

Figura 1. Planta de utilidades sntese de uma refinaria tpica.

Com a seguinte legenda para os fluxos: 1-7: Lquido comprimido; 8-10,12,15,18,20-39: Vapor; 11,14,17: Purga; 13,16,19,46: Lquido saturado; 40-45: Condensado; 47-56: Potncia eltrica; 57-58: leo combustvel; 59-62: gs combustvel; 63: gs CO; 64: gases de escape. Uma breve explicao pode ser dada levando em conta o caminho da gua na planta. Inicialmente a gua passa por um processo de tratamento, desaerao, bombeamento e pr-aquecimento (apenas para a caldeira de leo e gs) antes da entrada nas caldeiras (geradores de vapor). Essas caldeiras queimam uma srie de combustveis para gerar vapor de alta presso que aciona turbinas a vapor responsveis pela gerao de energia eltrica. Para complementar a demanda de vapor de alta presso e de eletricidade existe o sistema de cogerao: uma turbina a gs gerando eletricidade e uma caldeira de recuperao gerando vapor de alta a partir dos gases exaustos da primeira e de queima de gs combustvel adicional. Deve-se observar os trs nveis de presso existentes na planta: alta, mdia e baixa; cada um com suas finalidades na planta de refino. interessante observar tambm o retorno do condensando dado pelas correntes 45 e 38. As tabelas a seguir apresentam os parmetros de operao com os dados tpicos de processo de uma refinaria.

2

Tabela 1 Estado dos fluxos de gua da planta de utilidades.

No Corrente Vazo (t/h)

Presso (kPa)

Temp. (oC)

01 lq. comp. 282,4 100 25 02 lq. comp. 282,6 100 25 03 lq. comp. 564,8 450 140 04 lq. comp. 120,6 12600 140 05 lq. comp. 120,6 12600 180 06 lq. comp. 284,3 14100 140 07 lq. comp. 160,0 14100 140 08 Vapor 117,0 8720 485 09 Vapor 276,0 8720 485 10 Vapor 158,4 8720 485 11 Purga 3,6 9120 304 12 Vapor 0,9 1370 285 13 lquido sat. 2,7 1370 200 14 Purga 8,3 9120 304 15 Vapor 2,0 1370 285 16 lquido sat. 6,3 1370 200 17 Purga 1,6 9120 304 18 Vapor 0,4 1370 285 19 lquido sat. 6,3 1370 200 20 Vapor 219,0 8720 485 21 Vapor 115,0 8720 485 22 Vapor 40,0 8720 485 23 Vapor 130,0 8720 485

No Corrente Vazo (t/h)

Presso (kPa)

Temp. (oC)

24 Vapor 29,0 8720 485 25 Vapor 20,0 8720 485 26 Vapor 189,0 1370 285 27 Vapor 110,0 1370 285 28 Vapor 130,0 1370 285 29 Vapor 20,0 1370 285 30 Vapor 89,6 1370 285 31 Vapor 353,0 1370 285 32 Vapor 0 1370 285 33 Vapor 9,7 1370 285 34 Vapor 353,0 450 200 35 Vapor 29,0 450 200 36 Vapor 0 450 200 37 Vapor 382,0 450 200 38 Vapor 60,3 450 200 39 Vapor 282,4 450 200 40 condensado 39,3 450 140 41 condensado 40,0 450 140 42 condensado 5,0 450 140 43 condensado 30,0 450 140 44 condensado 89,6 450 140 45 condensado 221,9 450 140 46 lquido sat. 9,7 1370 200

Tabela 2 - Potncias da planta de utilidades.

No 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 Potncia (kW) 19200 12000 10000 12000 2900 9207 37600 -400 -691 -3300

Tabela 3 Correntes de combustvel e gases de escape.

No. Corrente Vazo (t/h) Temperatura (oC) 57 leo combustvel 6,2 165 58 leo combustvel 2,0 165 59 Gs combustvel 2,0 30 60 Gs combustvel 3,5 30 61 Gs combustvel 7,2 30 62 Gs combustvel 9,0 30 63 Gs CO 450,0 620 64 Gases de escape 450,0 515

3. Metodologia

Para fazer a anlise detalhada da planta devem ser realizados, para cada equipamento, balanos de massa, energia, exergia e custos (em base exergtica). Alm de definidr as eficincias exergticas, assim como o consumo de exergia e as irreversibilidades de cada processo.

3.1 Anlise Exergtica

3.1.1 Determinao dos fluxos de exergia total

Faz-se necessrio, primeiramente, calcular os fluxos de exergia e a exergia especfica de cada uma das correntes apresentadas na planta sntese. A exergia fsica especfica de uma corrente dada pela equao:

3

)()( oiooii ssThhb = ( 1)

O fluxo de exergia determinado pela multiplicao da exergia especfica pela vazo mssica da corrente em questo.

A exergia dos combustveis deve considerar tanto a exergia fsica quanto a exergia qumica, conforme equao abaixo:

quimfiscomb bbb += ( 2 )

Para a parcela da exergia fsica, a Eq. 1 pode ser reescrita de acordo com as consideraes que se faa a respeito do combustvel. Tomando como exemplo o leo combustvel, que pode ser considerado uma substncia incompressvel de calor especfico constante, a Eq. 1 se desmembrada como:

( )

=

000 ln T

TcTTTcb ppfis ( 3 )

J a exergia qumica dos combustveis pode ser estimada atravs de uma correo do seu Poder Calorfico Inferior. O fator de correo calculado com frmulas baseadas na composio do combustvel em questo.

Como exemplo o clculo da exergia qumica do leo combustvel foi proposto por (Szargut, Morris e Steward) conforme segue na expresso abaixo:

+

+

+=

=

C

H

C

S

C

O

C

H

quim

z

z

z

z

z

z

z

z

PCIb

222 0628,212169,00432,01728,00401,1

( 4 )

Onde zi a frao de cada componente em base mssica. Os fluxos relacionados com trabalho mecnico e os fluxos relativos energia eltrica (enumerados de 47 a 56),

apresentam como taxas exergticas os mesmos valores de suas potncias.

3.1.2 Rendimentos exergticos

O rendimento exergtico estabelece a razo entre a perda da capacidade de transformao da quantidade de energia utilizada para obteno do efeito desejado e a perda da capacidade de transformao da quantidade de energia necessria para realiz-lo. Sendo dado por:

( )

=

comb

utilb B

B ( 5 )

Onde Bcomb no refere-se especificamente exergia dos combustveis, mas sim a toda exergia consumida pelo equipamento ou processo.

Outro parmetro importante da anlise exergtica o fator fi, calculado para cada equipamento ou processo e definido como a razo entre a exergia consumida no equipamento e a exergia total consumida na planta:

( )( )

=

comb

icombi B

Bf , ( 6 )

O fator fi permite avaliar a importncia de cada mdulo no consumo de exergia da planta. Ou seja, atravs dele, identificam-se os principais responsveis pelo uso da exergia da instalao, direcionando assim os procedimentos de otimizao do uso de insumos energticos

3.2 Anlise termoeconmica

A anlise termoeconmica tem como finalidade a determinao dos custos dos produtos gerados, assim como dos custos das irreversibilidades (exergia destruda). De uma maneira geral, ela estuda o processo de formao de custos, tendo como base de locao dos mesmos o valor termodinmico de cada produto.

A anlise termoeconmica deve ser feita aps a anlise exergtica detalhada do sistema, as etapas que seguem so:

4

- Balano de custos para cada equipamento; - Critrios de partio de custo para equipamentos com mais de um produto.

3.2.1 Balanos de custos

O balano de custos de um equipamento ou processo dado pela Eq. 7:

= CustosDespesas . ( 7 )

Sendo as despesas referentes ao custo dos insumos, ao custo de capital, da operao e da manuteno do equipamento. E as despesas referentes aos custos produtos gerados. E cada termo apresenta dimenso de custo por unidade de tempo (normalmente U$/segundo).

Tomando um volume de controle em torno de um equipamento que consome os insumos a, b e c, e gera os produtos e,f e g; e introduzindo o custo unitrio mdio, ci, teremos:

i

ii

ggffeeeqccbbaa

NC

c

com

NcNcNcCNcNcNc

=

++=+++ &.

( 8 )

Onde a grandeza Ni pode ser vazo em massa, em volume, fluxo de energia ou exergia. Neste trabalho, os custos sero tomados em base exergtica.

Os custos dos equipamentos, com dimenso de custo por unidade de tempo, so obtidos atravs de anlises econmicas que consideram a amortizao, operao e manuteno dos mesmos, ou atravs da considerao dos custos tpicos para cada equipamento. Nos casos em que o equipamento j foi amortizado, o clculo do custo do equipamento feito apenas considerando operao e manuteno. Neste trabalho ser utilizado o clculo do equipamento amortizado.

Nesse trabalho so considerados custos tpicos para a turbina a gs e caldeira de recuperao, e para os demais equipamentos calculados pelo mtodo proposto por BOEHM (1987). Nele, o custo de equipamentos baseado em um custo e uma capacidade de referncia, respectivamente Cr e Sr. Assim, estima-se o custo de equipamentos com caractersticas construtivas similares mas cuja capacidade, representada por S, diferente da referncia:

m

r

req SSCC

=

. ( 9 )

Os parmetros Cr, S, Sr e m encontram-se na Tab. 4. O valor de S, como dito acima, relativo capacidade do equipamento. Para caldeiras, representado pela capacidade de gerao de vapor, enquanto que para turbinas utiliza-se sua capacidade de gerao de energia eltrica.

Tabela 4 - Parmetros para o clculo do custo de diversos equipamentos.

Equipamento M Cr Sr S Caldeira 0,59 340 105 m& [lb/h]

Turbina a vapor 0,68 25 103 W& [kW] Condensador 0,55 3 10 W& [kW]

Bomba 0,58 7,5 100 W& [kW]

O custo de dos equipamentos por unidade de tempo determinado pela Eq. 10.

Na

op

aAqAq

iif

TfC

C

+=

=

)1(1

3600&

( 10 )

Onde: - fa: Fator de amortizao (adimensional); - i: Taxa de juros (% aa); - N: Tempo de vida da instalao (em anos); - Top: Nmero de horas de operao (h/ano).

5

Deve-se considerar tambm o custo de operao e manuteno por unidade de tempo. Neste trabalho foram utilizados custos tpicos de operao e manuteno para cada equipamento.

O taxa de custo de cada equipamento ento a soma do custo de aquisio com os custos de manuteno e operao, no caso da planta no amortizada; e apenas os custos de operao e manuteno no caso da planta amortizada. Os valores de ca , cb e cc so dados de entrada (obtidos atravs da anlise termoeconmica dos equipamentos que o fornecem ou pelo preo de compra) e os valores de ce , cf e cg so as incgnitas da equao. Como o nmero de equaes gerado pelo balano de custos de cada equipamento inferior ao nmero de incgnitas (que so os custos especficos dos produtos), tornam-se necessrias relaes suplementares. Essas relaes derivam de consideraes ligadas a aspectos econmicos e so conhecidas como critrios de partio de custos.

3.2.2 Mtodos de partio de custos

Os critrios tradicionalmente utilizados so: - Mtodo da igualdade; - Mtodo da extrao; - Mtodo do subproduto. Entretanto, apenas os dois primeiros sero utilizados j que no ltimo no se utiliza a base exergtica como escala de valor. No mtodo da igualdade considera-se que os equipamentos ou processos em questo satisfazem todas as demandas exergticas e, logo, os produtos tm o mesmo custo exergtico especifico. Por exemplo, aplica-se esse mtodo para uma turbina cuja gerao de vapor e eletricidade so igualmente importantes para suprir as necessidades da planta. Neste caso, o rendimento exergtico da turbina dado por:

( )te

tsetb B

BW += . ( 11 )

No mtodo da extrao considera-se que os equipamentos ou processos tm uma nica funo relevante, e logo o produto resultante dessa funo responsvel por todo custo do equipamento. Tomando o exemplo de uma turbina responsvel apenas por gerar eletricidade, a mesma carrega o custo da exergia consumida, de capital, operao e manuteno do equipamento e, o custo do vapor de sada da turbina (vapor de baixa ou de mdia) ser igual ao custo do vapor de entrada da turbina (vapor de alta). O seu rendimento exergtico definido como:

( )tste

e

tb BBW

= . ( 12 )

Neste trabalho, os clculos foram feitos de acordo com o mtodo da igualdade, j que em uma refinaria tanto a gerao de energia eltrica quanto a de vapor so produtos importantes da planta de utilidades.

3.3 Avaliao exergoeconmica

Com posse dos custos exergticos de todos os fluxos, pode-se avaliar cada componente do sistema separadamente atravs da utilizao de alguma variveis exergoeconmicas. Essa avaliao visa a determinao de aes que diminuam os custos de operao do sistema.

3.3.1 Irreversibilidade

A irreversibilidade, Ii, quantifica a exergeia destruda no processo ou equipamento. A irreversibilidade calculada pela subtrao dos recursos consumidos (combustvel) pelos produtos gerados, ambos avaliados em termos de suas exergias. Ou seja, Ii de cada processo calculada pela subtrao entre o denominador e o numerado utilizados na clculo do seu rendimento, conforme a equao abaixo:

= produtoscombi BBI &&& . ( 13 )

interessante tambm o clculo da taxa de irreversibilidade, ri, de cada equipamento, que correspondem razo entre a irreversibilidade gerada no equipamento e a irreversibilidade total do sistema.

total

ii I

Ir

&

&

= . ( 14 )

6

4. Resultados

O rendimento exergtico total da planta dado pela expresso abaixo e seu valor calculado de 31%.

63626160595857

5655545352515049484713939

)()()(

mbmmmmbmmbWWWWWWWWWWbbm

GsCOGsCombleoCombex

&&&&&&&

&

++++++

+++++++= . ( 15 )

As tabelas abaixo apresentam os resultados da anlise exergtica e termoeconmica, com os custos gerados para todos os fluxos atravs do mtodo da igualdade.

Tabela 5 - Custos mssicos dos fluxos.

Fluxos

Custos especficos

pelo mtodo da igualdade (US$/ton)

Fluxos

Custos especficos

pelo mtodo da igualdade (US$/ton)

1 0,00 27 22,622 0,05 28 22,703 3,26 29 30,494 5,27 30 24,145 6,87 31 24,146 5,36 32 24,147 5,36 33 24,148 41,84 34 21,479 24,97 35 20,87

10 31,75 36 24,1411 11,85 37 21,4312 32,12 38 21,4313 5,13 39 21,4314 7,07 40 2,1215 19,17 41 2,3916 3,06 42 1,7917 8,99 43 2,0118 24,38 44 2,1219 3,90 45 2,1220 30,49 46 3,8621 30,49 64 3,8622 30,49 condensado 2,1223 30,49 vapor de baixa 21,4324 30,49 vapor de mdia 24,1425 30,49 vapor de alta 30,4926 25,37

Tabela 6 - Custos mdios das correntes de gua e energia eltrica.

Fluxos principais Custo mdio pelo mtodo da igualdade (US$/MWh)

condensado 101,1vapor de baixa 103,8vapor de mdia 91,1

vapor de alta 79,5eletricidade gerada 96,2

7

Tabela 7 Parmetros de desempenho dos equipamentos da planta.

Caldeira principal 42,91 0,20 56489 17,90Caldeira de CO 51,65 0,38 93646 29,67

Caldeira de Recuperao 46,97 0,24 64422 20,41Turbina a Gs 54,09 0,23 54470 17,26

Turbina a vapor 1 83,19 0,17 14129 4,48Turbina a vapor 2 93,48 0,09 2877 0,91Turbina a vapor 3 93,11 0,10 3438 1,09Turbina a vapor 4 79,82 0,02 2246 0,71Turbina a vapor 5 87,69 0,18 11517 3,65Turbina a vapor 6 70,60 0,03 4513 1,43

Est. de bomb. 50,41 0,03 7511 2,38Pr-aquecedor 94,08 0,01 322 0,10

Planta de utilidades 30,97 - 315580 100,00

Rend. exergtico (%) Fator f

Exergia destruda (kW) Taxa de irrev. (%)Componente

5. Proposio de melhorias

Dadas as altas taxas de exergia destruda na caldeira de CO, na caldeira de recuperao, da caldeira de leo e gs e da turbina a gs, esses equipamentos devem ser alvo da anlise de melhorias que visem aumentar seus rendimentos.

Abaixo seguem algumas propostas de melhorias para diminuir o grau de destruio da exergia nesses equipamentos, visando a otimizao dos processos de converso de energia. Ressalta-se que uma etapa de avaliao da viabilidade de cada proposta imprescindvel antes de sua implementao.

5.1 Pr-aquecimento de gua

Na planta estudada, apenas a caldeira principal recebe gua pr-aquecida. Fazer com que os fluxos 6 e 7 (entrada de gua na caldeira de CO e na caldeira de recuperao) passem tambm pelo pr-aquecedor de gua causaria um aumento do rendimento das mesmas.

5.2 Aproveitamento do resduo asfltico nas caldeiras de leo

A queima de resduo asfltico nas (RASF - leo ultraviscoso muito pesado, subproduto da Unidade de Desafaltao na planta de refino, de baixo valor comercial) acarretaria uma maior economia operacional dos leos combustveis mais leves que tm maior valor no mercado dos derivados.

5.3 Turbo-expansor na UFCC

O projeto de um turbo-expansor para aproveitamento da energia dos gases no reator da UFCC (Unidade de Craqueamento Cataltico Fluidizado) j existe em algumas refinarias do Japo (pas com as mais modernas refinarias do mundo, de acordo com a SBA Solomon Brothers Association). Com ele, a energia dos gases provenientes da UFCC convertida em energia mecnica (turbina) e energia eltrica.

5.4 Reduo de perdas de vapor

O sistema de retorno de condensado recupera o lquido saturado condensado na rede de vapor e representa considervel economia na vazo de gua de alimentao de caldeiras. Esse fator de recuperao pode ser aumentado para aliviar o sistema de produo de gua desmineralizada da Estao de Tratamento de gua (ETA) e reduzindo o custo operacional dessa unidade.

6. Concluses

Os valores gerados dos custos de eletricidade e vapor so elevados devido ao valor elevado do gs natural (8 US$/MWh) usado como referncia e a baixa eficincia exergtica calculada para a planta (31% aproximadamente). A discrepncia entre os custos em US$/MWh gerados para o condensado e os fluxos de vapor de baixa, mdia e alta presso devida diferena entre os valores exergticos de cada fluxo. O fluxo de menor valor exergtico (condensado) apresentou o maior custo exergtico unitrio, como esperado.

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As caldeiras e a turbina a gs apresentaram valores elevados para o fator f, indicando que esses equipamentos consomem juntos quase a totalidade da exergia fornecida pela planta. Suas taxas de irreversibilidade tambm foram elevadas, apresentando as principais origens da destruio de exergia. A caldeira de CO apresentou uma alta taxa de irreversibilidade, sendo responsvel por quase 30% de toda destruio de exergia do sistema, em comparao a 18% da caldeira principal e 20% da caldeira de recuperao. interessante fazer a anlise da taxa de irreversibilidade em contrapartida anlise do rendimento exergrtico, j que a caldeira de CO apresenta o melhor rendimento dentre as trs. Essa aparente contradio facilmente explicada quando se analisa o valor da exergia produzida e consumida em cada equipamento. Apesar da razo entre esses dois valores (clculo do rendimento) ser maior, a grandeza de ambos o dobro daquela verificada para as demais caldeiras; logo a diferena entre eles (clculo da irreversibilidade) maior. Isso tambm pode ser verificado atravs do fator f desse equipamento, que indica que o mesmo consome 38% da exergia total cedida pela planta.

Atravs do mtodo de avaliao exergtica foi possvel avaliar a performance termodinmica da planta de utilidades de uma refinaria tpica de petrleo, assim como o desempenho de cada um de seus componentes. A introduo de fatores que caracterizam a influncia de cada equipamento na planta (fator f e taxa de irreversibilidade) fornecem o mapeamento dos locais de consumo e destruio da exergia, respectivamente.

A termoeconomia possibilitou a determinao dos custos de todos os fluxos existentes na planta, mas tambm introduziu uma arbitrariedade na escolha do mtodo de clculo utilizado (no caso, mtodo da igualdade). Com base nos valores gerados, pode-se analisar a estrutura de formao de custos, identificando os processos que tornam a produo onerosa.

De uma maneira geral, a anlise exergtica e a termoeconomia mostraram-se ferramentas poderosas na difcil tarefa de otimizao dos sistemas trmicos, na medida em que possibilitaram a identificao das ineficincias dos processos de converso de energia, assim como a quantificao do impacto dessas ineficincias nos custos das utilidades. A utilizao da planta sntese, com o estudo detalhado de cada um de seus componentes, facilita a atribuio de responsabilidades dos mesmos nessas ineficincias, tornando mais racional a proposio de melhorias que visem a otimizao da planta como um todo.

7. Recomendaes para estudos futuros

7.1 Estudo de externalidades

Na anlise termoeconmica tradicional, como a realizada nesse trabalho, os custos ambientais no so includos diretamente e acabam sendo pagos, de forma indireta, pela sociedade devido degradao ambiental. Esses custos so conhecidos como externalidades ou custos ambientais, e podem tambm ser quantificados.

Os custos com danos ambientais so tais como a contibuio para chuva cida e para o efeito estufa, a degradao da qualidade do ar, etc. Uma adequada compreenso desses custos permite uma avaliao econmica mais realista. A metodologia para estabelecer os custos ambientais baseada nas avaliaes de emisses dos combustveis.

Atravs desse estudo, fontes alternativas de energia poderiam competir economicamente com fontes tradicionais na aplicao da termoeconomia, o que no acontece na maioria dos estudos, nos quais essas fontes acabam por serem consideradas menos vantajosas economicamente.

8. Referncias

http://www.anp.gov.br/petro/petroleo.asp (consulta em 27 de outubro de 2008).

BOEHM R. F., Design analysis of thermal system, John Wiley & Sons Inc, New York, 1987.

COELHO, S. T., Mecanismos para implementao da Cogerao de Eletricidade a partir de Biomassa Um modelo para o Estado de So Paulo, Tese de Doutorado, Programa Interunidades de Ps-Graduao em Energia, Universidade de So Paulo, So Paulo, 1999.

FURTADO, R. C., The Incorporation of Environmental Custs into Eletric Power System Planning in Brazil. (Tese de Doutorado) Imperial College, Londres, 1996.

GALLO, W. L. R., GOMES, C. M., 2003, Exergoeconomic Analysis of a Combined Cycle with Industrial Cogeneration. In: Proceedings of the 16th Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impacts of Energy Systems ECOS 2003, Copenhague, Dinamarca.

SZARGUT, J., MORRIS, D.R., STEWARD, F.R., 1988, Exergy analysis of thermal, chemical, and metallurgical processes. New York/Berlin, Hemispere/Springer.

9. Direitos autorais

O autor o nico responsvel pelo contedo do material impresso includo no seu trabalho.

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ANLISE EXRGETICA E TERMOECONMICA DA PLANTA DE UTILIDADES DE UMA REFINARIA DE PETRLEO

Patrcia Alves de Arajo e-mail: patricia.araujo@poli.usp.br

Prof. Dr. Silvio de Oliveira Jnior e-mail: silvio.oliveira@poli.usp.br

Abstract. The project includes the analysis of utilities systems in petroleum refineries with cogeneration systems. The work focuses on the exergy generation of these utilities. For that, there were a study and a characterization of the conversion processes of energy existing in the refining and in the utilities plant, as well as a study of the concepts of exergy and termoeconomic analysis. Based on a basic flowchart for the utilities plant, the calculations of the assessments were made (mass, energy and cost balances in a basis of exergy). The termoeconomic analysis was used in order to determinate the cost of production of main utilities employed in that refinery. And, aiming to reduce the exergy waste, followed the proposal of improvements. All the calculations were made with the software ESS - Engineering Equation Solver.

Keywords. exergy analysis, termoeconomic analysis, utilities, refinery, cogeneration.

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