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APOSTILA DE CO-GERAÇÃO

Notas de aula de Co-geração do

Curso de Engenharia de Equipamentos

Professor: Newton Paterman Brasil Edição de agosto de 2005

ÍNDICE

I)Introdução
1)Conceituação 2)Histórico 3)Vantagens da co-geração 3 3 4

II)Plantas
1)Tecnologia 2)Combustíveis 5 8

III)Equipamentos e ciclos térmicos
1)Turbina e motor a gás natural 2)Compressor de gás 3)Caldeira derecuperação 4)Gerador de água gelada 5)Painel de sincronismo e paralelismo 6)Turbinas a vapor 11 13 13 14 17 18

IV)Viabilidade
1)Aplicabilidade do ponto de vista técnico 2)Exemplos de aplicação 3)A co-geração e o meio ambiente 4)Análise econômica 5)Condições favoráveis à co-geração 6)Estudo de caso ANEXO 1: ANEXO 2: ANEXO 3: ANEXO 4: Sistemas de potência a vapor* Sistemas de potência a gás*Co-geração com turbina a vapor* Tabela de densidades e poderes caloríficos superiores e inferiores do BEN 20 21 24 25 29 29

* trechos de apostilas da NEST/EFEI/FUPAI

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I)Introdução
1) Conceituação

Apesar dos enormes investimentos do setor elétrico na infra-estrutura de suprimento, sempre se verificou a busca pela auto-suficiência por alguns consumidores de eletricidade. Há indústrias quepossuem subprodutos combustíveis de baixo valor, ou poluentes, e que aproveitam tudo o que podem ao extrair-lhes a energia. É o caso do bagaço de cana no setor de açúcar e álcool, do licor negro no de papel e celulose, do resíduo asfáltico no de refino de petróleo, etc. A geração de energia elétrica quando encontrada junto aos centros de carga ou dentro dos próprios, como é o caso daauto-produção, conhecida como geração distribuída, só se tornou competitiva com a concentração em grandes usinas, na medida em que a tecnologia se desenvolveu no sentido de aumentar a eficiência das máquinas acionadoras dos geradores elétricos (COBAS, 2001). A co-geração é uma solução de engenharia, aplicável para determinados usuários de energia, que pode, em condições que mostraremos a seguir, viabilizareconomicamente a auto-produção de energia. Melhor definida na língua inglesa como CHP (combined heat and power), a co-geração é usualmente entendida como a geração simultânea, e combinada, de energia térmica e energia elétrica ou mecânica, a partir de uma mesma fonte. A vantagem principal, e inicial, é o maior aproveitamento da energia contida na fonte, reduzindo consideravelmente os custos deprodução da energia nas duas formas citadas. A figura 1 a seguir mostra de forma esquemática esse entendimento.

COMBUSTÍVEL

SISTEMA DE

ENERGIA ELETRICA

CO-GERAÇÃO
ENERGIA TÉRMICA

Figura 1 Co-geração de energia Nesse trabalho nos concentramos na co-geração a partir do gás natural, mas um estudo mais amplo desse assunto nos mostraria o uso da co-geração de diversas outras formas. Porém, oconceito permanece o mesmo: minimizar custos aproveitando ao máximo o conteúdo energético de uma fonte, seja ela gás, óleo, lenha, bagaço de cana, resíduos combustíveis em geral etc.
2) Histórico

A energia elétrica entrou inicialmente no cotidiano das indústrias na forma de autoprodução. A tração animal ou humana foi substituída na era industrial (século XIX) pela máquina a vapor d’água, quepermitiu o uso simultâneo deste fluido energético para processos de aquecimento e para acionamento mecânico. A energia mecânica já era

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obtida de quedas d’água e do vento através de moinhos, onde os processos de aquecimento utilizavam outros meios que não o vapor. Como exemplo temos os engenhos de café, cujos grãos eram secados em grandes pátios submetidos ao calor do Sol e depois moídos empilões movimentados por alavancas e roldanas ligadas a correias, tudo acionado por grandes rodas d’água, aproveitando o represamento de algum riacho da fazenda. O mesmo ocorre ainda nas salinas em que o vento ajuda o calor do Sol a evaporar a água, separando fisicamente os sais minerais, ao mesmo tempo em que move os moinhos acionadores das bombas, que movimentam a água retirada do mar....
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