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MÁQUINAS TÉRMICAS

AT-101

Universidade Federal do Paraná

Curso de Engenharia Industrial Madeireira

Dr. Alan Sulato de Andrade

alansulato@ufpr.br

COGERAÇÃO

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COGERAÇÃO

HISTÓRICO:

O desenvolvimento da tecnologia de cogeração teve

seu início no final do século XIX, quando se passou a

gerar e a utilizar as mais diversas formas de energia. A

cogeração chegou a ser muito usada nas indústrias

inicialmente, perdendo depois a competitividade para a

eletricidade produzida pelas concessionárias nas

grandes centrais geradoras com ganhos de escala.

Assim, a co-geração ficou limitada a sistemas isolados

(plataformas submarinas ou em alto mar) e indústrias

com resíduos combustíveis (canavieira e de papel e

celulose, por exemplo).

COGERAÇÃO

HISTÓRICO:

Nas últimas décadas, porém, um novo modelo do

setor elétrico voltou a estimular a produção elétrica

local que fosse mais eficiente e de baixo custo,

levando ao aperfeiçoamento da tecnologia da

cogeração, inclusive para pequeno e médio porte.

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COGERAÇÃO

HISTÓRICO:

Após a década de 80, foi que a cogeração teve seu

real reconhecimento, isto devido ao aumento do

consumo de energia e a busca do aumento da

eficiência dos combustíveis utilizados.

Principais fatores do desenvolvimento de cogeração

150US$

COGERAÇÃO

HISTÓRICO:

Os projetos de cogeração utilizam, em sua grande

maioria, biomassa ou gás natural como combustível.

A primeira situação já está bem consolidada, já a

segunda se depara com algumas incertezas,

principalmente relacionadas com o custo do

combustível.

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COGERAÇÃO

DEFINIÇÃO:

Cogeração consiste na tecnologia de produção

combinada e seqüencial de potência (energia elétrica

ou mecânica) e energia térmica útil (calor), destinando-

se ambas ao consumo próprio ou de terceiros,

proveniente de qualquer ciclo termodinâmico e

qualquer que seja a fonte de energia.

COGERAÇÃO

DEFINIÇÃO:

Q combustível

Q perdido

W efetuado

Q perdido

Q utilizado

Q transferido

Definição esquemática de cogeração

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COGERAÇÃO

DEFINIÇÃO:

O termo pode ser encontrado como CHP (Combined

Heat and Power)

COGERAÇÃO

OUTRAS DEFINIÇÕES:

Trigeração:

Quando há produção de energia elétrica, refrigeração

e também energia térmica.

Poligeração:

Produção de energia elétrica, mecânica, energia

térmica e produtos químicos. Ex.: CO2, que pode ser

separado dos gases de combustão.

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COGERAÇÃO

CARACTERÍSTICAS:

Visa principalmente o uso eficiente da energia.

Comparado a sistemas convencionais, apresenta alta

eficiência térmica (80%), conseqüentemente baixas

perdas (20%).

Dependendo da configuração do sistema, apresenta

grande flexibilidade quanto ao combustível a ser

utilizado.

COGERAÇÃO

CARACTERÍSTICAS:

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COGERAÇÃO

CARACTERÍSTICAS:

Os sistemas de cogeração mais utilizados são

compostos por turbina a gás, turbina a vapor, motor

alternativo e célula de combustível, ambos

apresentando diferenças entre os rendimentos

elétricos e térmicos obtidos. No entanto, todos eles

têm em comum um aproveitamento útil da energia

primária extremamente elevado.

COGERAÇÃO

PARTES COMPONENTES:

As principais partes componentes de um sistema de

cogeração são:

Unidade Geradora Consumo Primário

Consumo Secundário Caldeira ou

Câmara de Combustão

Turbina ou

Motor

Processo

Trabalho

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COGERAÇÃO

CLASSIFICAÇÃO:

A classificação dos sistemas de cogeração são

normalmente realizados segundo:

Tipo de Sistema,

Condições de emprego,

Tipo de energia gerada.

COGERAÇÃO

SISTEMAS DE COGERAÇÃO:

MOTOR ALTERNATIVO

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COGERAÇÃO

SISTEMAS DE COGERAÇÃO:

TURBINA A VAPOR

COGERAÇÃO

SISTEMAS DE COGERAÇÃO:

TURBINA A GÁS

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COGERAÇÃO

SISTEMAS DE COGERAÇÃO:

COMBINADO

COGERAÇÃO

UTILIZAÇÃO:

Estes sistemas são usados principalmente para a

geração de energia elétrica e fornecimento de energia

térmica em industrias petroquímicas, de alimentos,

celulose e papel entre outras.

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COGERAÇÃO

VANTAGENS:

País:

Economia de energia primária, diversidade de produção

energética, redução dos níveis globais de poluição.

Companhias geradoras:

Aumento da oferta de energia disponível, substituição

de unidades geradoras de alto custo.

Cogerador:

Garantia no fornecimento de energia, ganhos

econômicos, aproveitamento de resíduos combustíveis;

COGERAÇÃO

DESVANTAGENS:

País:

Necessidade de regulamentação, infra-estrutura de

transmissão.

Companhias geradoras:

Ajuste na distribuição de energia pela rede, menor

mercado.

Cogerador:

Investimentos adicionais.

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COGERAÇÃO

MICROCHP - MICRO-COGERAÇÃO

Uma nova tendência. A instalação é geralmente em

uma casa ou em pequenas empresas. Em vez de

queimar combustível apenas para aquecimento do

ambiente ou simplesmente da água, parte da energia

é convertida em eletricidade. Esta energia elétrica

pode ser utilizados dentro de casa ou nas empresa,

ou (se for permitido pela rede de gestão-governo)

vendidos de volta para a rede de energia elétrica.

COGERAÇÃO

MICROCHP - MICRO-COGERAÇÃO

As instalações atuais podem usar cinco diferentes

tecnologias: micro-turbinas, motores de combustão

interna, motores “stirling” de ciclo fechado, motores a

vapor e as células de combustível.

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COGERAÇÃO

MICROCHP - MICRO-COGERAÇÃO

COGERAÇÃO

EQUAÇÕES:

São obtidas à partir do balanço de massa e energia do

sistema. Iguais a GV, TV e TG.

= ((W líquido + |Q utilizado em sub processos|)/ Q fornecido ) *100

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COGERAÇÃO

EXERCÍCIO 1: escreva a função da n do sistema de

Cogeração

GV

TV

Prensa

Bomba

Secadores

Co

nd

en

sa

do

r

COGERAÇÃO

EXERCÍCIO 2: escreva a função da n do sistema de

Cogeração

GV

TV

Prensa

Bomba

Secadores

Con

de

nsa

do

r

TV

Reaquecedor

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COGERAÇÃO

EXERCÍCIO 3:

Calcular a eficiência térmica do sistema de

cogeração proposto. O sistema é composto por

duas TG, um GV que aproveita os gases quentes

provenientes da combustão nas TG’s e uma TV,

sendo que o sistema ainda fornece uma

determinada quantidade de energia térmica para

sub-processos.

COGERAÇÃO

EXERCÍCIO 3:

30% Utilizado

em sub-processos 5

6

7

8

c2

c3

c1

Recuperador

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COGERAÇÃO

EXERCÍCIO 3:

Considerar os seguintes dados:

Turbinas a Gás:

T1=22 C

C1=0,2835 KJ/Kg.K

T2=78 C

C2=0,3166 KJ/Kg.K

T3=820 C

C3=0,3382 KJ/Kg.K

T4=730 C

Gerador de vapor, Turbina a vapor:

h5=189 KJ/Kg

h6=920 KJ/kg

h7=835 KJ/kg

h8=175 KJ/kg

COGERAÇÃO

EXERCÍCIO 3:

= (W líquido / Q fornecido) * 100 = ((WTG1+WTG2-WC1-WC2+WTV-WB+(QSP*0,37))/(QCC1+QCC2)) * 100

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COGERAÇÃO

EXERCÍCIO 4:

5

6

7

8

c2

c3

c1

Recuperador

Sub-processos

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COGERAÇÃO

EXERCÍCIO 4:

Considerar os seguintes dados:

Turbinas a Gás:

T1=22 C

C1=0,2835 KJ/Kg.K

T2=78 C

C2=0,3166 KJ/Kg.K

T3=820 C

C3=0,3382 KJ/Kg.K

T4=730 C

Gerador de vapor, Turbina a vapor: h5=189 KJ/Kg

h6=920 KJ/kg

h7=835 KJ/kg

H8=605 KJ/kg

h9=175 KJ/kg