Avaliacao Tecnica de Diferentes Tecnologias de Conversão

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INSTITUTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

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Avaliação Técnica de Diferentes Tecnologias de Conversão

PIBIC

RELATÓRIO PARCIAL

UNIFEI

2017/2018

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RESUMO

Dentre as fontes de energia renováveis, estão os biocombustíveis, no Brasil na maioria são advindos da cana-de-açúcar, a qual houve nos últimos anos um aumento crescente em sua produção, por conseguinte há o aumento da quantidade de bagaço, bagaço esse que pode ser reaproveitado, servindo como fonte de energia.

A cogeração trás inúmeros benefícios, ressaltando de forma breve, o aumento da lucratividade e sustentabilidade. No setor sucroalcooleiro a cogeração tem desempenho baseado no Ciclo Teórico Rankine e apresenta variações pode ser feita com diferentes técnicas.

O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar, analisar e comparar uma planta de cogeração moderna á um caso de referência (planta de cogeração tradicional), mediante análise termodinâmica, avaliando as eficiências energéticas e exergéticas.

Palavras-chave: Cogeração. Bagaço de cana. Ciclo Rankine. Sucroalcooleiro.

 

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 - Esquema do Ciclo Rankine – Componentes Principais.................................................16

Figura 2 – Ciclo Rankine Teórico....................................................................................................16

Figura 3 - Esquema de um sistema BIG/GT acoplado ao esquema térmico de uma usina de açúcar........................................................................................................................................17

Figura 4 - Diagrama qualitativo referente às transformações mássicas no estudo de caso com Sistema de Cogeração Moderno + Sistema BIG-GT................................................................19

Figura 5 - Diagrama qualitativo referente às transformações mássicas no estudo de caso de referencia...................................................................................................................................20

Figura 6 – Balanço mássico e energético de colheita mecanizada da cana crua.......................24

Figura 7 – Balanço mássico e energético da etapa de preparo e moagem................................28

Figura 8 – Diagrama esquemático do balanço mássico da unidade de processamento do caldo em destilarias autônomas..........................................................................................................29

Figura 9 – Esquema do balanço mássico e energético associados ás transformações mássicas ocorridas na unidade de processamento do caldo em destilaria autônoma ..............................30

Figura 10- Aspecto da planta estudada no caso de referencia..................................................32

Figura 11- Diagrama de Sankey para o Caso de referencia......................................................34

Figura 12- Distribuição da exergia destruída na planta de cogeração do caso referencia........36

Figura 13- Distribuição da exergia destruída na planta do caso referencia..............................37

Figura 14- Distribuição percentual da exergia dos produtos no caso referencia......................38

Figura 15- Aspecto da planta estudada no caso da planta moderna..........................................39

Figura 16- Diagrama de Sankey para o Caso da Planta Moderna............................................41

Figura 17- Distribuição da exergia destruída na planta de cogeração do casoda planta moderna.....................................................................................................................................44

Figura 18- Distribuição da exergia destruída na planta do caso da planta moderna.................45

Figura 19- Distribuição percentual da exergia dos produtos para o caso da planta moderna...47

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Características principais de diferentes sistemas de cogeração utilizados na atualidade..................................................................................................................................14

Tabela 2 - Vantagens e Desvantagens na aplicação de diferentes tipos de acionadores primários nos sistemas de cogeração........................................................................................15

Tabela 3 - Características adotadas para os diferentes estudos de caso...................................20

Tabela 4- Estado-referência adotado para análise exergética.................................................22

Tabela 5 – Exergia química da palha disponibilizada á usina...................................................25

Tabela 6 – Cálculo do PCI do bagaço ......................................................................................27

Tabela 7 – Cálculo da exergia química específica do bagaço...................................................27

Tabela 8– Valores adotados para o balanço mássico e energético nas destilarias autônomas..29

Tabela 9 – Valores adotados para as exergias químicas específicas dos insumos e produtos...30

Tabela 10 – Parâmetros considerados para a caldeira de cogeração nos estudos de caso........31

Tabela 11- Cálculo da eletricidade excedente no caso de referencia........................................33

Tabela 12- Índices de desempenho da análise energética para o caso de referencia................35

Tabela 13- Insumos e produtos para o cálculo das perdas e irreversibilidades do processo produtivo no caso de referencia................................................................................................35