rd ii geracao2 termoeletrica

8/2/2019 Rd II Geracao2 Termoeletrica

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Ruth P.S. Leo E-mail: [email protected] HP: www.dee.ufc.br/~rleao

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Captulo 2 Tecnologias de Gerao de Energia Eltrica:

Gerao Termoeltrica

2.6.2 Converso Termoeltrica

2.6.2.1 Eficincia das Mquinas Trmicas

2.6.2.2 Ciclos Termodinmicos

A.1 Ciclo Rankine

A.2 Ciclo Brayton

A.3 Ciclo Otto

A.4 Ciclo Diesel

2.6.2.3 Configurao de Plantas Trmicas

B.1 Gerao Termeltrica a Gs

B.2 Gerao Termeltrica a Vapor

B.3 Gerao Termeltrica a CicloCombinado

B.4 Gerao com Motores Alternativos


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2.6.2 Processo de Transformao TermoeltricoUtiliza a energia trmica obtida pela combusto de combustvel fssil eresduos agroindustriais, ou a energia trmica liberada em reaes

nucleares. Converso Termoeltrica/

Energia Qumica Energia Trmica Energia Mecnica Energia Eltrica

Combusto

Fisso Turbina Gerador

A grande maioria das usinas trmicas no mundo usa combustvel fssil,apenas cerca de 18,7% da eletricidade produzida no mundo provm deusinas hidreltricas enquanto 81,3% de usinas termeltricas (40%

carvo, 10% leo, 15% gs natural, acima de 15% nuclear, e outros1,3%).

Figura 2.34 Participao global da eletricidade.

O carvo a fonte energtica mais usada no mundo para gerao deenergia eltrica por sua abundncia, pela distribuio de jazidas nomundo e suas vantagens econmicas, sendo tambm a fonte que maiscontribui com emisses atmosfricas. A maioria das usinas trmicas tempotncia nominal entre 200 e 2000 MW.

Figura 2.33 Esquema de gerao de energia eltrica numa usina trmica a combusto


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A projeo de gerao de eletricidade por combustvel no mundo mostrada na Figura 2.35. A gerao de eletricidade a carvoaproximadamente dobra no perodo de projeo de 2006 (7,4 trilheskWh) a 2030 (13,6 trilhes kWh). A permanncia de preo elevado parao leo e o gs natural torna a gerao a carvo mais atrativaeconomicamente, em especial em naes que so ricas em reservas decarvo, como China, ndia, e EUA.

EIA International Energy Outlook 2009 ElectricityFigura 2.35 Gerao de eletricidade no mundo por combustvel, 2006-2030.

A perspectiva para a gerao a carvo pode ser alteradaconsideravelmente por acordos internacionais para reduzir as emissesde gs de efeito estufa. O setor eltrico oferece algumas dasoportunidades de maior custo-benefcio para reduzir as emisses dedixido de carbono em muitos pases. Se um custo, explcito ouimplcito, fosse aplicado s emisses de dixido de carbono, existemvrias alternativas de baixa ou sem emisso que atualmente estocomercialmente testadas ou em desenvolvimento, as quais poderiam serusadas para substituir algumas plantas a carvo.

No Brasil, 25,15% da produo de eletricidade trmica, sendo 23,23%fssil e biomassa, e 1,91% nuclear. Os combustveis fsseis quecontribuem para a produo de eletricidade esto mostrados na Figura2.36.


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Figura 2.36 Produo de eletricidade no Brasil por classe de combustvel fssil. Fonte: Aneel.

Uma usina termeltrica no sistema brasileiro opera em complementaos hidreltricas. No faz sentido verter gua enquanto se queima gs,leo combustvel e diesel importado. Entretanto, quando abaixa muito onvel mdio dos reservatrios, devem-se ligar as termeltricas, na faltade novas hidreltricas.

Nas usinas trmicas a energia eltrica gerada a partir do calor dacombusto produzida pela queima de:

Carvo mineral leo derivado de petrleo Gs natural Resduos agroindustriais

O combustvel lquido tem certas vantagens em comparao com osslidos, tais com poder calorfico elevado, maior facilidade e economiade armazenagem e fcil controle de consumo. Os combustveis gasososapresentam certas vantagens em relao aos combustveis slidos, taiscomo: permitir a eliminao de fumaa e cinzas, melhor controle detemperatura e comprimento das chama.

A composio do combustvelusado na combusto: Carbono Hidrognio Oxignio Nitrognio gua

59,54%

1,58%0,74%

8,05%

21,92%

8,17%


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Enxofre

Enquanto no carvo h a presena de enxofre, o gs natural no contmenxofre.

Na combusto que o resultado da queima de combustvel maiscomburente1 tem-se: calor, gases de combusto, gases de exausto ouescape (rejeitos), gases de chamin, e subprodutos (resduos slidos).

Uma combusto perfeitamente eficiente somente se os produtos deexausto for dixido de carbono e gua (chama azul). Infelizmente, nemtoda molcula de hidrocarboneto queima completamente. Porque amistura com o ar inadequada, algumas molculas de hidrocarbonetono reagem com suficiente oxignio e assim so expelidas intactas.

Os principais agentes causadores de poluio atmosfrica presentes nosgases de combusto so: hidrocarbonetos no queimados, xidos decarbono, xidos de enxofre, xidos de nitrognio e material particulado.

As principais reaes nos combustveis fsseis so mostradas na Tabela2.6:

Tabela 2.6 Principais reaes provenientes da combusto de fsseis.Componentes Produto DenominaoC + O2 CO2 Dixido de Carbono

(combusto perfeita resultaapenas CO2 e gua)

2H2 + O2 2H2O guaS + O2 SO2+ calor Dixido de EnxofreSO2+ H2O H2SO4 cido Sulfrico

Corroso de metais e chuvascidas

N2 + O2 2NO Monxido de Nitrognio(excesso de O2 na combusto)

N2 + 2O2 2NO2 Dixido de Nitrognio(excesso de O2 na combusto)

NOx + atmosfera HNO3 cido Ntrico

1 Comburente pode ser O2 ou ar cuja composio de 21% O2 e 79% N2. O O2 o elemento ativo doar que misturado aos componentes combustveis produz calor na combusto.


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As emisses no ar que agridem o meio ambiente decorrente dacombusto incluem:

Metano (CH4) - no processo de produo de energia eltrica a partirda biomassa. O metano um gs de efeito estufa 21 vezes maispotente que o dixido de carbono, no entanto sua presena naatmosfera muito menor e seu impacto sobre o clima representa ametade do impacto causado pelo CO2. A combusto do metano temcomo subproduto o gs carbnico que 21 vezes menos nocivo aomeio ambiente do que o metano.

Dixido de carbono (CO2) o maior contribuinte para o efeito estufa;emitido naturalmente pelos seres vivos, absorvido pelas plantasmantendo o equilbrio ecolgico. Alm da gerao de energia portermeltricas, as indstrias e o transporte so agentes contribuintes

para a produo de CO2. Monxido de carbono (CO) tambm causador do efeito estufa,

produzido durante a combusto; por ser um gs instvel convertidoem CO2 ao ser emitido na atmosfera.

Dixido de enxofre (SO2) emitido na combusto de combustveisque contm enxofre como carvo, leo, lcool; causa chuva cida ereduo da biodiversidade.

xido de nitrognio (NOx) causa chuva cida e afeta as viasrespiratrias, caracterizando-se por uma fumaa escura.

Outros como hidrofluocarbono (HFC); perfluorcarbono (PFC) ehexafluoreto de enxofre (SF6).

Dentre outros poluentes atmosfricos tm-se os compostos orgnicosvolteis, material particulado e gases queimados em tochas.

Uma completa anlise do tipo de combustvel deve preceder qualquerdeciso quanto construo ou modificao de uma usina trmica, poisdele depende o custo de operao e a especificao dos componentesda usina. O tipo de combustvel afeta praticamente tudo na casa da

caldeira.

Dentre as possibilidades tecnolgicas de acionadores primrios paragerao termeltrica considera-se:

Turbinas a vapor Turbinas a gs


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Motores alternativos

As turbinas a vapor so mquinas de combusto externa, enquanto asturbinas a gs e mquinas alternativas so de combusto interna. Nasmquinas de combusto interna o fluido de trabalho so os gasesquentes da combusto. Nas mquinas de combusto externa o calorproveniente da combusto deve ser transferido dos produtos decombusto ao fludo de trabalho atravs das serpentinas no interior deuma caldeira.

2.6.2.1 Eficincia das Mquinas Trmicas

A eficincia de uma usina trmica baixa devido baixa eficincia dasturbinas. Uma eficincia inferior a 100% evidenciada na 2 Lei da

Termodinmica que estabelece que nenhum dispositivo pode operar demodo que seu nico efeito seja converter completamente calor absorvidoem trabalho ou todo sistema que sofre algum processo espontneo,muda para uma condio na qual sua habilidade de realizar trabalhodiminui.

A eficincia mxima de mquinas trmicas definida para a mquina deCarnot (sistema fechado) como:

(%) = (1 1

2

T

T

).100 (2.4)

em que Eficincia da mquina trmica em %T1 Temperatura (

oK) do fluido na entrada da mquina, na qual amquina comea a converso da energia trmica contidanos produtos da combusto em trabalho.

T2 Temperatura (oK) do fluido na sada da mquina, na qual os

produtos de combusto so rejeitados na atmosfera outemperatura na qual termina o processo de converso.

Em uma termeltrica, quanto maior a temperatura T1 e quanto menor atemperatura T2 (mais prxima temperatura ambiente) maior aeficincia de converso.


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Para obter uma alta eficincia a relao T2/T1 deve ser a menor possvel.Entretanto, a temperatura T2 no poder ser inferior temperatura doambiente.

Para uma temperatura ambiente de 30oC, T2 no poder ser menor que:

T2 = 30 + 273 = 303o K (2.5)

Isto significa que T1 deve ser a mais alta possvel. O problema est emque o ao e outros metais no suportam temperaturas to elevadas,considerando ainda a presso do vapor correspondente.

A maior temperatura T1 possvel de cerca de 550o C. Isto significa que

a eficincia mxima de uma turbina a vapor com:

T2 = 303o K

T1 = 550 + 273 = 823o K

= (1 303/823).100 = 63.18% (2.6)

Devido s perdas, algumas das mais eficientes turbinas a vaporapresentam eficincia de 45%. Isto significa que 55% da energia trmica

so perdidos durante o processo de converso trmico-mecnico.A enorme perda de calor e como disp-lo, rejeitando ou reaproveitando,representa um dos maiores aspectos de uma usina trmica.

2.6.2.2 Ciclos Termodinmicos

Os principais ciclos termodinmicos que uma central termeltrica

pode operar so: Ciclo Rankine Ciclo Brayton Ciclo Combinado. Ciclo de Motores


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Um ciclo termodinmico se constitui de uma sequncia de processosaps os quais a matria que o experimentou retorna ao estado inicial.Esses ciclos tm por objetivo representar as transformaes dosfluidos, que so determinadas pela temperatura, presso e volume,sendo que dois destes so escolhidos para serem controlados,dependendo do processo.

As plantas em ciclo combinado representam a integrao dos dois ciclos:Rankine da turbina a vapor e Brayton da turbina a gs.

Os ciclos de operao mais comumente utilizados em mquinas decombusto interna so:

Ciclo Diesel e

Ciclo Otto.

A.1 Ciclo Rankine

O ciclo Rankine descreve a operao de turbinas a vapor comumenteencontrados em estaes de produo de energia. Neste ciclotermodinmico a gua transformada em vapor, e o vapor usado paraacionar uma turbina para produzir energia. O ciclo completado em um

condensador onde o vapor de exausto resfriado e a gua resultante devolvida a um trocador de calor para iniciar o processo. Existem quatroprocessos num ciclo Rankine:

Figura 2.37 Esquemtico do ciclo Rankine.


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Fase 4-1 Compresso: o fluido bombeado de uma presso baixapara uma presso alta utilizando-se uma bomba. O bombeamentorequer algum tipo de energia para se realizar .

Fase 1-2 Transferncia de calor isobrica: o fluido pressurizado entra

numa caldeira, onde aquecido a presso constante at se tornarvapor superaquecido. Fase 2-3 Expanso: o vapor superaquecido expande atravs de uma

turbina para gerar trabalho. Idealmente, esta expanso isoentrpica.Com esta expanso, tanto a presso quanto a temperatura sereduzem.

Fase 3-4 Transferncia de calor: o vapor ento entra numcondensador, onde ele resfriado at a condio de lquido saturado.Este lquido ento retorna bomba e o ciclo se repete.

Uma caracterstica importante desse sistema a diversidade doscombustveis utilizados (carvo, leo combustvel), pois a queima doscombustveis ser utilizada apenas para gerao de vapor, sendoque o fluido de trabalho utilizado a gua.

Existem duas variaes bsicas do ciclo Rankine utilizados atualmente:

Ciclo Rankine com reaquecimento Ciclo Rankine regenerativo

O ciclo Rankine com reaquecimento opera utilizando duas turbinas emsrie. A primeira turbina recebe o vapor da caldeira alta presso,liberando-o de tal maneira a evitar sua condensao. Este vapor entoreaquecido, utilizando o calor da prpria caldeira, e utilizado paraacionar uma segunda turbina de baixa presso. Entre outras vantagens,isto impede a condensao do vapor no interior das turbinas durante suaexpanso, o que poderia danificar seriamente as ps da turbina.


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Figura 2.38 Ciclo Rankine com reaquecimento.

O ciclo Rankine regenarativo nomeado desta forma devido ao fato do

fluido ser reaquecido aps sair do condensador, aproveitando parte docalor contido no fluido liberado pela turbina de alta presso. Isto aumentaa temperatura mdia do fluido em circulao, o que aumenta a eficinciatermodinmica do ciclo.

Figura 2.39 Ciclo Rankine regenerativo.

A.2 Ciclo Brayton

O ciclo Brayton se constitui de quatro etapas: compresso, adio decalor, expanso e rejeio de calor.


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Entropia (s)

Figura 2.40 Diagrama do Ciclo Ideal de Brayton

Fase 1-2 Compresso adiabtica e isentrpica: o ar em condio

ambiente passa pelo compressor, onde ocorre compresso adiabtica(no h trocas de calor com o ambiente) e isentrpica (entropiaconstante), com aumento de temperatura do ar e consequenteaumento de entalpia (medida da energia do sistema que estdisponvel na forma de calor).

Fase 2-3 Transferncia de calor isobrica da fonte quente (cmara decombusto): comprimido, o ar direcionado s cmaras, ondemistura-se com o combustvel possibilitando queima e aquecimento, presso constante.

Fase 3-4 Expanso adiabtica e isentrpica: Ao sair da cmara decombusto, os gases de combusto, alta presso e temperatura, seexpandem conforme passam pela turbina, idealmente sem variaode entropia (mede a parte da energia que no pode ser transformadaem trabalho). Na medida em que o fluido exerce trabalho sobre aspalhetas, reduzem-se a presso e temperatura dos gases, gerando-sepotncia mecnica. A potncia extrada atravs do eixo da turbina usada para acionar o compressor e eventualmente para acionar outramquina.

Fase 4-1 Transferncia de calor isobrica para a fonte fria (ambiente):a quarta etapa no ocorre fisicamente, se tratando de um ciclotermodinmico aberto. Conceitualmente, esta etapa representa atransferncia de calor do fluido para o ambiente.

No ciclo de Brayton os processos de compresso, transferncia de calor,expanso e exausto ocorrem ao mesmo tempo, mas, em locaisdiferentes, diferentemente do que ocorre nos ciclos dos motores


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alternativos em que os processo ocorrem em um mesmo lugar de formasequenciada, i.e., em tempos diferentes.

A.3 Ciclos Otto e Diesel

Os motores de combusto interna utilizam os prprios gases decombusto como fluido de trabalho. So estes gases que realizam osprocessos de compresso, aumento de temperatura (queima), expansoe finalmente exausto.

Os ciclos de operao mais comumente utilizados em mquinas decombusto interna so: ciclo Otto e ciclo Diesel.

O Ciclo Otto um ciclo termodinmico, que idealiza o funcionamento demotores de combusto interna de ignio por centelha. Nos motoresOtto, a mistura combustvel e comburente preparada pelosistema de admisso. Com o mbolo ou pisto no ponto morto superior -PMS aberta a vlvula de admisso, e injetada a mistura no cilindroenquanto se mantm fechada a vlvula de escape. O mbolo impulsionado para baixo pelo veio de manivelas (virabrequim), move-seento at ao ponto morto inferior - PMI. A este percurso do mbolo chamado o primeiro tempo do ciclo, ou tempo de admisso.

A vlvula de admisso ento fechada, ficando o cilindro cheio com a

mistura, que agora comprimida pelo pisto, impulsionado no seusentido ascendente em direo cabea do motor pelo veio demanivelas at atingir de novo o PMS. Neste estgio as duas vlvulas seencontram fechadas. A este segundo passeio do mbolo chamado osegundo tempo do ciclo, ou tempo de compresso.

Quando o mbolo atinge o PMS, a mistura que se encontra comprimida inflamada devido a uma fasca produzida pela vela e explode. Nomovimento de expanso os gases de combusto empurra o mbolo atao PMI, impulsionando desta maneira o veio de manivelas e produzindo

a fora rotativa necessria ao movimento do eixo do motor. A esteterceiro passeio do mbolo chamado o terceiro tempo do ciclo, tempode exploso, tempo motor ou tempo til, uma vez que o nico queefetivamente produz trabalho, pois durante os outros tempos, apenas seusa a energia de rotao acumulada no volante, o que faz com que eleao rodar permita a continuidade do movimento do veio de manivelasdurante os outros trs tempos.


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O mbolo retoma o seu movimento ascendente. O cilindro est cheio degases queimados. A vlvula de escape se abre, permitindo a expulsopara a atmosfera dos gases impelidos pelo mbolo no seu movimentoat ao PMS, altura em que se fecha a vlvula de escape. A este quartopasseio do mbolo chamado o quarto tempo do ciclo, ou tempo deexausto(escape).

Figura 2.41 Ciclos de Combusto Otto (a) e Diesel (b).

No ciclo Diesel a combusto se d pelo aumento da temperaturaprovocado pela compresso da mistura inflamvel, i.e., ignio porcompresso. No motor diesel no existe uma aspirao de mistura, massim uma injeo de leo (combustvel). O ar comprimido sem sermisturado ao combustvel. No momento de mxima compresso do arque experimenta aumento de temperatura, a alta taxa de oxignio fazcom que o leo entre em combusto, produzindo a exploso sem a

necessidade da ignio eltrica.


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Tabela 2.7 Caractersticas dos Ciclos de Combusto Otto e DieselVarivel Otto DieselTempo de formao da mistura Antes da combusto Simultnea

combustoVolatilidade do combustvel Alta Baixa

Temperatura dos gases de descarga 800 C 600 CCusto de fabricao Baixo AltoRendimento trmico Menor MaiorIgnio Centelha eltrica Compresso

Os motores de combusto interna a pisto acionam diretamente osgeradores de eletricidade. Essa forma de gerao comumente usadapara fornecer energia eltrica s localidades isoladas ou como fontealternativa de emergncia se ocorrer uma interrupo no fornecimento

normal.

2.6.2.3 Configuraes de Plantas Trmicas

As usinas termeltricas podem ser de ciclo simples e ciclo combinado.As termeltricas de ciclo simples utilizam a energia trmica provenientede gases quentes ou a energia trmica do vapor dgua para a produode energia eltrica. Quando a energia trmica dos gases de escape no recuperada a planta dita operar em ciclo aberto.

B.1 Gerao Termeltrica a Gs

Os combustveis das turbinas a gs podem ser basicamente de doistipos:

Gasosos: gs natural, gases de exausto de processos ecombustveis slidos gaseificados (carvo, biomassa, etc.)

Lquidos: gs liquefeito de petrleo (GLP), diesel, querosene e emalguns casos, leos combustveis de baixo teor de enxofre.

Os combustveis empregados devem estar livres de partculas eimpurezas slidas para evitar qualquer tipo de eroso nas palhetas daturbina. A ausncia de enxofre na composio do combustvel permitirum nvel de recuperao da energia trmica dos gases de escapesuperior ao que se pode conseguir com outros combustveis cujo pontode orvalho eventualmente elevado. Por este motivo e por razes


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econmicas, um combustvel muito adequado para as turbinas a gs ogs natural, sempre que esteja disponvel.

Os combustveis lquidos apresentam face aos gasosos algumasdesvantagens, entre as quais se podem destacar a maior complexidadedo sistema de filtragem e pr-tratamento do combustvel.

Grande uso tem sido feito do gs natural derivado de formaesgeolgicas petrolferas como energia primria de usinas trmicas. O gsnatural uma mistura de:

Hidrocarbonetos: Metano CH4; Etano C2H6;

Propano C3H8; n-Butano n-C4H10

No-Hidrocarbonetos: N2 e CO2

As turbinas a gs so mquinas de combusto interna e de fluxocontnuo. Os elementos fundamentais que constituem uma turbina a gsso:

Compressor Cmara de combusto Turbina

As turbinas a gs necessitam da injeo de ar comprimido a alta pressona cmara de combusto ou combustor, obtido atravs de um turbo-compressor acionado pelo prprio eixo da turbina.

Em seu funcionamento, o ar aspirado da atmosfera, filtrado ecomprimido, passando para a cmara de combusto, onde se misturacom o combustvel. Nesta cmara ocorre a reao de combusto,

produzindo gases quentes (fluido de trabalho) a alta temperatura e altapresso. As turbinas a gs fazem uso direto dos produtos da combusto.Os gases gerados pela combusto passam diretamente pela turbina,onde se expandem e a energia trmica convertida em energiamecnica rotativa para acionar o eixo do compressor e do geradoreltrico acoplado turbina. Finalmente o gs liberado na atmosfera oureaproveitado para produo de calor ou frio e/ou energia eltrica.


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Figura 2.42 Gerao termeltrica a gs em ciclo simples aberto.

Por serem mquinas de combusto interna as turbinas a gs realizam oprocesso de converso da energia do combustvel a altas temperaturascomeando com temperaturas da ordem de 1000C e terminando emtemperaturas prximas de 500C. A maior parcela da energia docombustvel que no aproveitada est nos gases de exausto ainda aaltas temperaturas.

As turbinas a gs funcionam com um elevado excesso de ar, para que atemperatura dos produtos de combusto ao incidir nas palhetas daturbina no seja excessiva e no provoquem excessivos problemas decorroso ou fadiga na parte quente da turbina e mantenha os efeitosderivados da deformao plstica dentro de limites aceitveis. Os nveisde excesso de ar com que trabalham as turbinas costumam estarcompreendidos entre 250 e 500% em relao ao ar terico para

combusto completa.

Uma concepo construtiva frequente nestes equipamentos divide aexpanso dos gases entre uma turbina de alta presso (AP), empregadapara acionar o compressor e uma turbina de baixa presso (BP), queaciona a carga. Para este tipo de montagem denominam-se usualmentegerador de gs ao conjunto formado pelo compressor, queimador ou

Perdaseltricas


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cmara de combusto e a turbina AP, enquanto a parte restante seconhece como turbina de potncia (turbina BP + gerador eltrico).

Figura 2.43 Gerao termeltrica a gs com mltiplos estgios.

B.1.1 Configurao das Usinas a Gs

Segundo a forma de montagem do gerador de gs e da turbina de

potncia a configurao da gerao termeltrica pode ser mono-eixo ede dois eixos.

A Figura 2.44 mostra uma configurao mono-eixo de mltiplos estgiosde presso. A expanso dos gases divide-se entre uma turbina de altapresso (AP), empregada para acionar o compressor, e uma turbina demdia (MP) e/ou baixa presso (BP) que aciona uma carga ou geradoreltrico. As palhetas das turbinas AP, MP e BP so construdas de aoespecial para suportarem a alta temperatura e intensas forascentrfugas.

Turbinaa Gs

Geradorde gs

Combustvel

Gases de escape

Energia trmicarecupervel

Gerador

~

Energia mecnicaou eltrica

AP BP

Perdas trmicas

CompressorAxial

Cmara decombusto

Ar

Turbina depotncia


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Figura 2.44 Gerao termeltrica a gs de ciclo mono-eixo com mltiplos estgios.

Na configurao mono-eixo as turbinas AP, MP e BP so acopladas emconjunto para acionar um nico gerador. Por imposio de suaconfigurao, nas turbinas mono-eixo, compressor e turbina tm amesma rotao. No caso do acionamento de um alternador, para o qualse requer uma rotao constante, impe-se manter o fluxo de arconstante, e a regulagem da potncia desenvolvida efetuadamodificando-se unicamente a injeo de combustvel na cmara decombusto sem que se varie a velocidade do rotor. A variao da

quantidade de combustvel injetado para uma descarga de ar constantemodifica a temperatura dos gases de combusto e afetasignificativamente o rendimento da mquina. Em se tratando de umacarga mecnica ao invs do gerador, quando se requer uma reduo derotao na carga, ocorre uma diminuio na rotao do compressor,afetando naturalmente a vazo de ar, a presso de sada, e emconsequncia, a potncia e o torque disponvel (T=P).

Os geradores de gs, por sua vez, ainda podem ter mais de um eixo.Num primeiro eixo montado um gerador de gs, no qual uma turbinafornece energia mecnica exclusivamente para movimentar ocompressor. O gs quente de alta presso proveniente do gerador degs direcionado para uma turbina de potncia, normalmente de menorrotao, que a movimenta, com ou sem auxlio de uma caixa redutora develocidade, o gerador eltrico.

~

GeradorTurbinaBaixa

Presso

TurbinaMdia

Presso

Geradorde gs

Turbina deAlta Presso

TGCompressor

Cmara decombusto

Ar

Combustvel Perdas trmicas

Turbina depotencia


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Figura 2.45 Turbina a gs com dois eixos.

Nas turbinas de dois eixos, a rotao do gerador de gs independenteda turbina de potncia, assim quando se necessita uma menor rotao

no eixo de sada, o gerador de gs poder seguir girando a altavelocidade e colocando disposio da turbina de potncia um fluxo degases sob presso elevada. Este tipo de mquina especialmente aptopara aqueles casos em que se requer um aumento do torque a baixasvelocidades.

Em algumas usinas de grande porte uma turbina AP aciona um geradorenquanto turbinas as MP e BP acionam um outro gerador de mesmapotncia. Assim quando se necessita uma rotao constante no eixo desada, o gerador de gs poder seguir girando a alta velocidade ecolocando disposio da turbina de potncia um fluxo de gases sobpresso elevada.

O conceito de dois eixos a soluo ideal para aplicaes comoacionador mecnico e permite reaes rpidas para mudana de carga ebom desempenho para carga parcial quando usado para acionar umgerador.

O recuperador de calor um dispositivo que aproveita o gs de escape

em alta temperatura para pr-aquecer o ar comprimido que chega aocombustor.

Fatores que influenciam no rendimento de uma turbina a gs:


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Temperatura do ar de aspirao da turbina: quanto maior atemperatura de aspirao maior ser a energia para acionar ocompressor de ar, diminuindo o rendimento e a potncia;

Perdas de carga na admisso do ar e na sada dos gases de escape:

estas perdas so geradas pelos sistemas de atenuao de rudo efiltragem de ar, no lado da admisso e da aplicao que dever serdada aos gases de escape. Cada 100 mmca de incremento de perdasde carga supem-se aproximadamente 1% de perda de potncia daturbina;

Regime de funcionamento da turbina: uma turbina mono-eixo teruma diminuio no rendimento caso haja uma diminuio na carga;

Altitude de instalao: um aumento da altitude diminui a potncia,devido diminuio da presso atmosfrica.

Um mtodo utilizado em alguns casos para melhorar o rendimento deuma turbina a gs pr-aquecer o ar de combusto na sada docompressor, utilizando os gases de escape em um regenerador situadoantes da entrada na cmara de combusto.

A admisso de ar no compressor no ponto mais frio possvel tambmcontribui para o aumento do rendimento da turbina.

As turbinas a gs devem ser geralmente montadas no interior de umacarcaa acstica isolada, para manter o nvel de rudo abaixo de 65decibis.

Os turbo-geradores a gs so normalmente utilizados apenas comounidades de ponta ou de emergncia, dada a sua eficinciarelativamente baixa quando comparada s plantas modernas a vapor.

A caracterstica de operao das turbinas a gs para frequnciasdiferentes da nominal obtida atravs de ensaios, e varia entrefabricantes. As turbinas a gs e hidrulicas toleram faixas de variao de

frequncia mais amplas em relao nominal (5%).

importante corrigir qualquer desvio amplo de frequncia dentro doperodo especificado de tempo. Se o problema no puder ser corrigido, ooperador dever desligar a unidade do sistema.

Em suma, a vantagens de uma usina a gs so:


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a) capaz de iniciar e assumir carga rapidamente, dentro de 2 minutos;, portanto, de grande valor para lidar com cargas de pico dosistema. menos econmica, entretanto, para operar sob condiesnormais de operao em comparao com as modernas usinas avapor.

b) Como seu fluido de trabalho o ar, torna-se independente desuprimento de gua quer para operao ou refrigerao, umimportante fator onde o suprimento de gua limitado.

c) O custo de capital por kW instalado baixo, e pode ser construda ecomissionada em curto prazo quando comparada s plantas devapor convencionais.

Em Juiz de Fora (MG) foi iniciada em 31.12.2009 a operao da 1 usinatermeltrica a etanol no mundo. A usina faz parte do parque gerador daPetrobrs e operava apenas com gs natural tendo sido adaptada parautilizar tambm o etanol com operao 'flex' ou bicombustvel. A usinausa duas turbinas aeroderivadas GE LM 6000, fabricadas pela GeneralElectric (GE), e tem capacidade total instalada de 87 MW. Conectada aoSistema Interligado Nacional (SIN), ela tem contratos de fornecimento deenergia at 2020.

B.2 Gerao Termeltrica a Vapor

Nas centrais termeltricas convencionais, o carvo e o leo so osprincipais combustveis, sendo o carvo o mais comum. Nestas centraiso combustvel queimado e o calor liberado na combusto convertidoem eletricidade atravs da gerao de vapor, que se expande na turbinaa vapor (ciclo Rankine Figura 2.38).

As turbinas a vapor so mquinas de combusto externa - os gasesresultantes da queima do combustvel no entram em contato com ofludo de trabalho que escoa no interior da mquina e realiza osprocessos de converso da energia do combustvel em potncia de eixo.Devido a isto apresentam uma flexibilidade em relao ao combustvel aser utilizado, podendo usar inclusive aqueles que produzem resduosslidos (cinzas) durante a queima.


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A Figura 2.46 apresenta as vrias etapas do processo de geraotermeltrica a vapor. O carvo transportado da rea dearmazenamento, junto casa da caldeira, at o depsito de carvo pormeio de uma esteira transportadora. O carvo pulverizado no moinho eo fino p de carvo misturado com ar pr-aquecido e assoprado nafornalha onde queimado como um gs. De igual modo, a fornalhapoderia ser alimentada com leo. Neste caso o leo pesado pr-aquecido e injetado na fornalha por meio de queimadores (maaricos).

Figura 2.46 Estrutura de um sistema de potncia com gerao trmica a vapor.

O acionamento da turbina se produz pela expanso do vapor de alta

presso procedente de uma caldeira convencional. As paredes dafornalha so recobertas com tubos contendo gua. O calor dacombusto evapora a gua produzindo vapor dgua a elevada pressoe temperatura. Estes tubos formam o evaporadorda caldeira. O vaporproduzido na caldeira alimenta a turbina que move o gerador eltricosncrono de polos lisos.


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A quantidade de energia que pode ser extrada do vapor que aciona aturbina depende da diferena de temperatura entre a entrada T1 e sadaT2. A principal caracterstica da turbina a vapor a temperatura de incioda produo de trabalho relativamente baixa (~560 C) quandocomparada com a de uma mquina de combusto interna e a de rejeiode calor no condensador extremamente baixa (~50C), muito prxima temperatura ambiente. A temperatura de sada pode ser mantida baixapela rpida condensao, no vcuo, do vapor de exausto. Parareaproveitamento do fludo de trabalho necessrio a liquefao desteno condensador antes de bombe-lo caldeira.

Figura 2.47 Gerao termeltrica a vapor de ciclo simples e um estgio de presso.

A gerao termeltrica implica necessariamente a rejeio de umaparcela significativa de calor. As usinas trmicas a vapor so em geral

localizadas nas proximidades de rios ou lagos devido a grandequantidade de gua natural necessria para condensar o vapor quemove a turbina. O consumo de gua de uma central termeltrica a vapor centrado na necessidade da mesma rejeitar calor em nvel reduzido detemperatura. As usinas trmicas a gs no necessitam de condensaopara o gs de escape.


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Um turbo-gerador de 500 MW consome aproximadamente 200 t/h decarvo ou 100 t de leo/h. Cerca de 100 gal/s 0,46m3/s (1gal = 4,6l =4,6dcm3 = 4,6x10-3 m3) de gua evaporada.

Em uma usina de 2000 MW so necessrios 800 t/h de carvo, ou 400tde leo/h. Grande quantidade dgua necessria para realizar acondensao: 230x103 m3/h 50x106 gal/h de gua. Se a usina construda na foz de um rio, o rio poderia suprir a gua do contrrio, amesma gua de resfriamento dever ser reciclada. As torres deresfriamento permitem a troca de calor da gua com a atmosfera.

Apenas uma relativamente pequena quantidade de gua de reposio necessria para suplementar a perda por evaporao. Para uma plantade 2000MW a quantidade de gua evaporada e, portanto necessria deser reposta de 4 x 3600 x 0,46 = 6,624x103 m3/h.

O conjunto turbo-gerador a vapor funciona a velocidades muito maisaltas do que nas usinas hidreltricas. Na frequncia de 60 Hz avelocidade varia entre 3600 (2 polos) e 1800 rpm (4 polos). Nos sistemasde 50 Hz as velocidades esto entre 3000 e 1500 rpm.

Os grandes turbo-geradores a vapor no so capazes de reagir amudanas de carga extremamente rpidas, dada a sua sensibilidade abruscas variaes de temperatura.

O processo de aquecer uma unidade, faz-la funcionar velocidadeadequada, sincroniz-la e carreg-la a seu valor nominal podem levaralgumas horas. Contudo, uma vez em operao, so geralmentecapazes de reagir a mudanas de cargas da ordem de dezenas de MWpor minuto sem sofrer dano.

As turbinas a vapor devem operar muito prximas da frequncia nominal.Variaes de frequncia podem provocar vibrao das ps da turbina ecausar fadiga do metal e, eventualmente, fissuras. Os limitesoperacionais esto em torno de 1% para funcionamento contnuo.Quanto maior o desvio da frequncia, mais rpida deve ser a aocorretiva antes que possam ocorrer danos. Os efeitos de frequnciasaltas e baixas sobre as turbinas so cumulativos.

Em configuraes de mltiplos estgios, a expanso de vapor se realizaem um ou mais estgios onde a energia contida no vapor se transformaprimeiro em cintica e em seguida em energia mecnica, impulsionando


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as palhetas da(s) turbina(s). O vapor atravessa um conjunto de turbinascom diferentes nveis de presso. A primeira turbina de alta presso(AP) onde o vapor se expande e entrega parte de sua energia.Posteriormente, o vapor atravessa outro conjunto de turbinas de mdiapresso (MP) e de baixa presso (BP). A cada passagem o vapor seexpande com troca entre energia trmica em mecnica seguida daproduo de energia eltrica.

Figura 2.48 Gerao termeltrica a vapor de mltiplos estgios.

As turbinas a vapor so classificadas em trs grupos:

Turbinas de condensao: os gases de exausto possuem umapresso abaixo da presso atmosfrica. Aplicadas geralmentequando no h previso da utilizao do vapor de baixa ou mdiapresso, como em centrais de energia eltrica.

Turbinas de contrapresso: os gases de exausto possuem

presso igual ou superior presso atmosfrica, encontrando-semuitas vezes no estado superaquecido. Utilizadas para fornecervapor exaurido para processo.

Turbinas de extrao: as turbinas de condensao muitas vezesso providas de tomadas de vapor intermedirio, para utilizao noprocesso. O restante do vapor (quantidade no extrada) continuaseu trajeto ao longo dos estgios seguintes da turbina a vapor at exausto. Esta prtica, embora permita uma maior utilizao docalor, reduz a potncia produzida.

Alguns fatores que influenciam o rendimento das turbinas a vapor so:

Temperatura inicial do vapor: quanto maior a temperatura, maior orendimento do ciclo trmico;

Potncia da mquina: quanto maior a potncia da mquina, maiorser o rendimento;

Gerador

Turbina BP

Turbina MP

Caldeira Turbina AP

~

~

Gerador


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Variaes na carga: variaes na carga influenciam a potncia e,portanto, o rendimento.

As turbinas a vapor possuem um rendimento da ordem de 38% em ciclosimples e elevado rendimento termodinmico, quando aplicadas emsistemas de ciclo combinado (cerca de 53%, com expectativa deoperarem com 60% no futuro prximo).

Os principais equipamentos de uma usina trmica a vapor so:

Caldeira (1) Convencional Leito fluidizado Leito fluidizado circulante

Pr-aquecedores de ar egua (S1) Evaporador (2) Turbinas

Alta presso (3) Mdia presso (4) Baixa presso (5)

Superaquecedores (S2) Reaquecedores (S3)

Condensador (6) Economizadores (7) Queimadores (9) Ventilador forado (10)

Ventilador induzido (11) Gerador eltrico (12) Vlvulas reguladoras (13) Estao de tratamento de gua

(14) Bombas de gua quente (P1,

P2, P3) Bombas de leo (15)

A seguir a descrio sucinta de cada componente ilustrado na Figura2.49.

Caldeira (1) atua como uma grande fornalha, transferindo calorgerado pela queima de combustvel para um conjunto de tubosenfileirados, denominado Pr-AquecedorS1, imersos entre a chama,por onde circula gua. A bomba P1 mantm a gua do cilindrocirculando no pr-aquecedor. Nas usinas a carvo o tipo mais

eficiente de caldeira a de leito fluidizado. O leito consiste demateriais tais como areia e algumas vezes pedra de calcrio

juntamente com o combustvel. Neste tipo de caldeira o combustvelpode ser variado: carvo, resduo de polpa de papel, leo, bagao decana, ou qualquer outro de baixo teor energtico. A caldeira de leitofluidizado permite o uso de um nico combustvel ou de vriossimultaneamente.


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Cilindro de gua-vapor ou evaporador (2) depsito que contm guae vapor sob alta presso. Se a gua que admitida no cilindro forquente, ento uma menor quantidade de energia dever seradicionada para levar a gua ao ponto de ebulio. Isto resulta emuma substancial reduo na quantidade de combustvel necessriapara a produo de vapor. O vapor de alta presso passa atravs deum equipamento denominado SuperaquecedorS2 e ento atravs daturbina de alta presso.

Figura 2.49 Diagrama da Converso Termoeltrica a vapor.

Superaquecedor (S2) - trocador de calor que aquecendo o vaporsaturado transforma-o em vapor superaquecido. O superaquecedor composto por um conjunto de tubos dispostos em srie em torno dachama, e eleva a temperatura do vapor de cerca de 200oC. Esteaumento de temperatura garante que o vapor se torne absolutamente

Economizador

Re-aquecedor

Condensador

Superaquecedor

Pr-Aquecedor

Caldeira

Evaporador


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seco aumentando a eficincia da planta trmica. O cilindro alimentado pela bomba P3 (8).

Turbina de Alta Presso (3) converte a energia trmica do fluido emenergia mecnica permitindo a expanso do vapor medida que esteatravessa a turbina. A temperatura e presso do vapor na sada daturbina AP menor do que na entrada.

Re-aquecedor (S3) - para aumentar a eficincia trmica do vapor eevitar a sua condensao prematura, o vapor ao sair da turbina passapor um reaquecedor.

Turbina de Mdia Presso (4) similar turbina de alta presso,exceto que maior, permitindo que o vapor se expanda mais ainda.

Turbina de Baixa Presso (5) retira a energia ainda presente novapor. composta por dois mdulos idnticos colocados no sentidode permitir a expanso do vapor para um vcuo quase perfeito criado

pelo condensador. Condensador (6) condensa o vapor advindo da turbina BP, o qual

circula sobre tubos com gua corrente fria S4 advinda de fonteexterna. A gua fria nos tubos do condensador troca calor com ovapor. A temperatura da gua fria ao atravessar o condensadoraumenta de cerca de 5 a 10oC. O vapor condensado em geral temtemperatura entre 27 e 33oC e a presso absoluta correspondente prxima a do vcuo, de cerca de 5 kPa. o vapor condensado quecria o vcuo. O condensador tem importncia em usinas trmicas e

nucleares similar ao da caldeira. A bomba do condensador P2 retira ovapor condensado morno para o economizador. Caso a instalaoesteja beira-mar ou prxima de um rio, a preferncia pelocondensador a gua, com passagem nica. Se isto no for possvel,pode-se ter torres de resfriamento (as enormes torres de concretocom perfil parablico so tpicas de termeltricas) ou mesmo, casono haja gua disponvel, radiadores resfriados a ar. Neste ltimocaso, os investimentos tendem a crescer e a eficincia trmica daplanta fica reduzida.

Economizador (7) o vapor condensado bombeado at oeconomizador que recebe vapor quente advindo da sada da turbina

AT (ou calor proveniente dos gases de combusto), onde feita amistura (vapor quente + vapor condensado morno) para aumentar atemperatura da gua que retorna caldeira, com a ajuda da bombaP3, para alimentar o cilindro gua-vapor.


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Pr-aquecedor de ar (10) - trocador de calor que aquece o ar decombusto tambm trocando calor com os gases de exausto dacaldeira.

Torres de Resfriamento - em uma usina trmica, o fluido refrigerante

(gua) morno que sai do condensador canalizado para o topo deuma torre de refrigerao onde espargido em pequenas gotas. Asgotas dgua caem em direo a um reservatrio na base da torre, ocontato com o ar do ambiente provoca a evaporao, e as gotasdgua caem resfriadas no reservatrio. A gua resfriada bombeadado reservatrio e reciclada atravs do condensador, de onde retiranovamente calor do vapor condensado. O ciclo ento se repete.Cerca de 2% da gua refrigerante que circula no condensador evaporada. Esta perda pode ser reposta por uma fonte ou umpequeno lago.

Figura 2.50 Torres de resfriamento[http://www.tedi.uq.edu.au/VirtualPowerPlant/plantroom.asp].

Usinas trmicas que no esto prximas a rios ou lagos necessitamde fluido refrigerante para realizar troca de calor no condensador poronde circula vapor condensado.


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O processo de resfriamento obtido por evaporao. Para cada 1%de gua que se evapora, a temperatura da gua restante cai de 5.8oC.

A evaporao , portanto um processo efetivo de resfriamento.

Como produzir a evaporao?

Expor uma grande superfcie de gua ao ar ambiente.

Como realiz-la?

A maneira mais simples de faz-lo provocar, com a gua a serresfriada, uma chuva artificial e assoprar ar atravs das gotasdgua.

Bomba de Alimentao de gua (8) transporta a gua do

economizador at o cilindro dgua de alta presso. A alta presso docilindro (back pressure) e o grande volume de gua a ser transportadoexigem um motor de alta potncia. Em usinas modernas, a potnciada bomba-motor representa 1% da potncia de sada do gerador.Embora isto parea uma perda significante, vale lembrar que aenergia gasta na bomba recuperada posteriormente quando umvapor de alta presso flui atravs das turbinas.

Queimadores (9) alimenta e controla a quantidade de leo, gs oucarvo pulverizado injetado na caldeira. O leo derivado de petrleo pr-aquecido e espargido na cmara de combusto para aumentar a

rea de contato com o ar contido na cmara e melhorar a combusto. Ventilador Forado fornece a quantidade de ar necessria

combusto. Ventilador Induzido conduz os gases da combusto e outros

subprodutos para equipamentos de purificao e da para a chamin.Os gases de combusto so limpos atravs de filtros eletrostticos edescarregados na atmosfera.

Gerador transforma energia mecnica em energia eltrica. Vlvulas Reguladoras controla a quantidade de fluxo de vapor

atravs das turbinas. Estao para tratamento de gua fornece limpeza e composio

qumica da gua que alimenta a caldeira. Bombas de leo lubrifica os mancais (ponto de apoio de um eixo

girante permitindo o movimento com um mnimo de atrito). Chamin - lana os gases de combusto ao meio ambiente,

geralmente a uma altura suficiente (algumas chegam a 300 m) para


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disperso dos mesmos a fim de minimizar os efeitos contaminantesda combusto sobre as redondezas.

Precipitadores retm as cinzas e outros resduos volteis dacombusto. As cinzas so recuperadas para aproveitamento emprocessos de metalurgia e no campo da construo, onde somisturadas com o cimento.

As plantas termeltricas a vapor tm um histrico de alcanar at 95%de disponibilidade e podem operar por mais de um ano entre paradaspara manuteno e inspees. As taxas de faltas foradas ou noplanejadas so tipicamente menor que 2% ou menos que 1 semanapor ano.

Os fabricantes de mquinas eltricas pesadas esto competindo no

aprimoramento dos materiais utilizados em turbinas, com o objetivo deaumentar o rendimento da gerao termeltrica para 50%. A eficinciade grandes (acima de 500 MW) e modernas plantas com turbina a vapor da ordem de 40-45%%. Essas plantas tm custo de instalao entre$800 e $2000/kW, dependendo das exigncias de restrio ambiental.Melhorar o rendimento da gerao termeltrica no apenas economizaenergia como permite a reduo da emisso de dixido de carbono,dixido de enxofre e xido de nitrognio na atmosfera.

B.3 Gerao Termeltrica a Ciclo Combinado

As centrais a ciclo combinado gs/vapor (combinao do ciclo a vaporRankine com o ciclo a gs Brayton - Figura 2.51) vm se tornando nosltimos anos uma alternativa interessante para a gerao de energiaeltrica e/ou para a cogerao de calor e potncia. Estas centrais, almde apresentarem um elevado rendimento termodinmico (cerca de 53%,com expectativa de operarem com 60% no futuro prximo) operandocom gs natural, possuem tambm um excelente desempenhoambiental pela menor emisso de compostos poluentes (CO2,SOx e NOx).

Uma usina termeltrica a ciclo combinado usa turbinas a gs e a vaporassociadas em uma nica planta, ambas gerando energia eltrica a partirda queima do mesmo combustvel.


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Figura 2.51 Gerao termeltrica de ciclo combinado.

As usinas de ciclo combinado operam com a combinao de turbinas ags e turbinas a vapor em srie, com o aproveitamento total do calorgerado na cmara de combusto de uma turbina a gs (TG). Neste caso,como h recuperao dos gases quentes de escape o ciclo trmico fechado. Para isto, o calor existente nos gases de exausto das turbinasa gs recuperado na caldeira de recuperao, produzindo o vapornecessrio ao acionamento da turbina a vapor.

Uma caracterstica construtiva importante do ciclo combinado suaconstruo modular, ou seja, as turbinas a gs so instaladas primeiro ecomeam a produzir energia eltrica e gerando retorno financeiro.Posteriormente instalada a turbina a vapor com respectivas caldeirasde recuperao como na figura abaixo.

Legenda:C : Compressor

CC :Cmara de combustoTG :Turbina a gsG :Gerador eltricoTV:Turbina a vaporB :Bomba

Torre deresfriamento


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Figura 2.52 Modularidade de centrais trmicas a ciclo combinado.

Nas ltimas dcadas, significantes avanos no projeto de ciclocombinado tm tornado esta opo a mais eficiente usina fssil. Asusinas CCPS's (Combined Cycle Power Station) tm como um dos seusprincipais elementos um gerador de vapor capaz de recuperar parte docalor dos gases de exausto das turbinas a gs (The Heat RecoverySteam Generator- HRSG), sem necessidade de queima de combustveladicional. Os ciclos so interligados pelo trocador de calor HRSGdenominado de caldeira de recuperao. A caldeira de recuperao um trocador de calor capaz de transferir o calor existente nos gases deescape ou de exausto da turbina a gs para um circuito de gua-vapor.

As usinas de ciclo combinado esto limitadas, no entanto, aocombustvel gs para a turbina a gs e leo para a turbina a vapor, noltimo caso quando se faz necessrio queima complementar decombustvel. O rendimento de uma usina em ciclo combinado podeatingir at 60%.

A elevao no rendimento energtico dessas centrais deve-se aos

contnuos trabalhos em desenvolvimento no mundo (Europa e USA), emparticular sobre turbinas a gs de uso industrial (heavy duty). Essestrabalhos concentram-se no desenvolvimento de novos materiais, nosprocessos de refrigerao das ps girantes e estacionrias, e noprocesso de combusto: injeo de gua ou vapor em cmara decombusto, saturao do ar de combusto, combusto cataltica, etc.


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A integrao das centrais a ciclo combinado com processos degaseificao de combustveis slidos (carvo, biomassa, etc.),constituindo as chamadas instalaes IGCC - Integrated GasificationCombined Cycle e as suas variantes (IGHAT - Integrated GasificationHumid Air Turbine e PGFBC - Partial Gasification Fluidized BedCombustion), tender a revigorar o papel destes combustveis(especialmente do carvo) no balano energtico.

Uma instalao IGCC constituda, portanto, de um ciclo combinadogs/vapor associado a uma unidade de gaseificao para produzir umgs combustvel. Na tecnologia IGCC, o gs combustvel limpoapresenta caractersticas tais de poder ser queimado ao incio do ciclocombinado gs/vapor (ciclo Brayton-Rankine), sem a necessidade detratamento posterior dos gases de escape.

Figura 2.53 Esquema simplificado de uma instalao IGCC.

Quando a carga da turbina a gs da Figura 2.54 outra que no umgerador eltrico, essa configurao caracteriza uma planta decogerao.


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Figura 2.54 Gerao termeltrica de ciclo combinado.

B.4 Gerao com Motores Alternativos

Os motores de combusto interna mais utilizados em grupos geradoresso os motores Diesel.

A Figura 2.55 mostra um grupo gerador onde um motor Diesel amquina trmica motora que est acoplada a um alternador.

Cmara decombusto

Turbina deAlta Presso

Carga

TurbinaMdiaPresso

TurbinaBaixaPresso

GeradorGases de

Escape Vapor de mdia presso

TGCompressor

Ar

CombustvelGeradorde gs

~Caldeira

Vapor de baixa pressoEnergia trmica til


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Figura 2.55 Grupo gerador com motor Diesel. 1- Mquina trmica motora, motor Diesel. 2- Mquinaeltrica geradora. 3- rvore, atravs da qual o motor Diesel fornece a potncia para o gerador. 4- Sadados produtos da combusto. 5 - Entrada ou sada do fluido refrigerante.

No motor Diesel, a regulao de velocidade feita a partir da injeo decombustvel no motor. Esta regulao de velocidade fundamental paraque a frequncia do grupo gerador seja constante, em 60 ou 50 Hzdependendo do sistema, independentemente da variao da carga.

O central Diesel, apesar de sua limitao de potncia, rudo e vibrao,

constituem um tipo de central muito utilizado at potncias de 40 MW.Isto porque so bastante compactas, entram em carga em um tempomuito pequeno, so de fcil operao e apresentam um plano demanuteno de fcil execuo, entre outros motivos.

rd ii geracao2 termoeletrica

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