CO - Aula 01 - Origens e Definições

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  • Cogerao

    Aula 01 - Origens e definies

    Guaratinguet, primavera 2014

    UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

    "JLIO DE MESQUITA FILHO"

    Campus de Guaratinguet, Departamento de Energia

    Prof. Jos Alexandre Matelli

  • Definio

    Gerao simultnea de energia eletro-mecnica e energia trmica til a partir do mesmo combustvel, atravs da recuperao do calor residual de sua combusto;

    Prof. Jos Alexandre Matelli 2 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Aplicao convencional

    Caldeira ( = 17/20)

    Moto-gerador ( = 1/3)

    Qu = 800 kJ

    W = 1000 kJ

    941.2 kJ

    3000 kJ

    = 0.457

    Prof. Jos Alexandre Matelli 3 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Aplicao com cogerao

    Moto-gerador ( = 1/3) W = 1000 kJ 3000 kJ

    = 0.6 Qg = 1000 kJ

    Qa = 1000 kJ

    Caldeira de recuperao

    ( = 4/5)

    Qu = 800 kJ

    Qe = 200 kJ

    Prof. Jos Alexandre Matelli 4 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Origens

    Originria dos sistemas de elevao de carga a partir de gases quentes (smokejacks): Registros alemes do sculo XIV;

    Emprego na Itlia e Alemanha no sculo XVI;

    1685: o ingls John Evelyn tinha um em casa havia mais de

    100 anos;

    1758: Benjamin Franklin sugeriu uso no vero a partir da ventilao natural de chamins.

    Prof. Jos Alexandre Matelli 5 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Registros antigos

    http://www.ambrosiana.it/ita/ca_sfoglia.asp?sala=&pagina=22

    Leonardo da Vinci, 1452-1519. Il Codice Atlantico della Biblioteca

    Ambrosiana di Milano. Foglio 21-recto.

    bottoming Prof. Jos Alexandre Matelli 6 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Desenvolvimento moderno

    1870: Mquinas a vapor de eixo alternativo acopladas a geradores em reas de grande densidade populacional;

    Favoreceria o aquecimento de ambientes;

    Impulso para a difuso da tecnologia;

    1909: apenas 150 sistemas de aquecimento de ambientes nos EUA;

    Prof. Jos Alexandre Matelli 7 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Sculo XX

    Dcadas de 20-30: desenvolvimento de sistemas de calefao de ambientes no norte da Europa, Unio Sovitica e pases do bloco comunista;

    Ps-guerra: cresce significativamente o nmero de centrais de cogerao;

    Em outras regies, a difuso da tecnologia foi lenta;

    Dcada de 70: crise do petrleo e resistncia de grupos ambientais energia nuclear trazem grande impulso cogerao.

    Dcadas de 80-90: consolidao da cogerao atravs de regulamentao governamental (por exemplo, o PURPA nos EUA); Prof. Jos Alexandre Matelli 8 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Evoluo do preo do petrleo

    UD

    S/b

    arri

    l

    Jun/2008: 138.54 USD/barril; Hoje: 116 USD/barril.

    Prof. Jos Alexandre Matelli 9 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • No Brasil Setor eltrico brasileiro fortemente hdrico, aliado pouca

    necessidade de aquecimento de ambientes, no proporcionava um cenrio propcio para a cogerao;

    Historicamente, a implantao de sistemas de cogerao eram restritas a aplicaes muito especficas, como refinarias e plataformas de petrleo;

    O choque do petrleo, na dcada de 70, mudou este cenrio: Necessidade de se utilizar a energia de modo mais racional (conservao de

    energia): sistemas de cogerao se viabilizaram nas indstrias alimentcias, de papel e celulose, siderrgicas e outras

    Introduo do lcool combustvel (Pr-lcool): cogerao nas usinas sucroalcooleiras, hoje o setor mais intensivo em cogerao no Brasil

    Prof. Jos Alexandre Matelli 10 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • No Brasil, hoje

    Disponibilidade de gs natural impulsionou novas aplicaes, como no setor tercirio (hotis, centros comerciais, hospitais etc);

    A Aneel estabelece os requisitos para a qualificao de centrais termeltricas cogeradoras de energia na Resoluo Normativa 235, de 14 de novembro de 2006.

    Principais barreiras:

    Energia eltrica ainda apresenta baixo custo;

    Equipamentos importados;

    Necessidade de ar-condicionado;

    Riscos elevados;

    Prof. Jos Alexandre Matelli 11 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Configurao topping

    O calor residual do processo de gerao de energia eletromecnica recuperado para gerao de calor til

    Prof. Jos Alexandre Matelli 12 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Configurao bottoming

    O calor residual do processo de gerao de energia trmica til recuperado para gerao de energia eletromecnica

    da Vinci Prof. Jos Alexandre Matelli 13 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Perfis de demanda

    hora

    Dem

    and

    a (k

    W)

    Energia eltrica

    Energia trmica

    Energia trmica til: vapor, gua gelada, gua quente, ar quente etc

    Qual delas um sistema de cogerao deve atender prioritariamente?

    Prof. Jos Alexandre Matelli 14 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Estratgias de operao

    Paridade eltrica: Em qualquer instante, a potncia eltrica gerada

    igual potncia eltrica demandada; Se a energia trmica cogerada for maior que a energia

    trmica demandada, o excedente rejeitado para o ambiente (ou termoacumulado, quando aplicvel);

    Se a energia trmica cogerada for menor que a energia trmica demandada, um gerador trmico auxiliar complementa a demanda.

    Prof. Jos Alexandre Matelli 15 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Estratgias de operao

    Paridade trmica:

    Em qualquer instante, a potncia trmica gerada igual potncia trmica demandada;

    Se a energia eltrica cogerada for maior que a energia eltrica demandada, o excedente vendido para a rede;

    Se a energia eltrica cogerada for menor que a energia eltrica demandada, o complemento adquirido da rede.

    Prof. Jos Alexandre Matelli 16 Unesp/FEG/DEN - Cogerao

  • Exemplo

    10 MPa 500 C 3375 kJ/kg 1

    2

    processo

    0.5MPa 210 C 2875 kJ/kg

    10

    15

    kg/s

    3000

    6000

    kW

    demanda de vapor

    demanda eltrica

    Determinar a potncia eltrica e a vazo de vapor nos regimes de paridade eltrica e trmica.

    Prof. Jos Alexandre Matelli 17 Unesp/FEG/DEN - Cogerao