Estudo da Viabilidade Técnica de uma Bancada de Cogeração Baseada em uma Micro-turbina a Gás Natural

LabCET/EMC/UFSCCampus Universitário –

TrindadeFlorianópolis, SC – 88040-900

Fone: + 55 48 331-9390romanos@cet.ufsc.br

Rafael R. Romanos, Edson Bazzo, José A. Matelli (UFSC)Newton R. Moura (Cenpes/Petrobras), Luiz G. M. Freire (Petrobras)

IBP0663_05

FINEPRedeGásEnergia (Petrobras, TBG, SCGÁS)

PRH/ANP

Introdução/Objetivos

Cogeração Produção simultânea de energia elétrica e térmica útil a partir

de um mesmo combustível

Sistemas de cogeração Alta eficiência Médio e grande porte (MW)

Brasil apresenta expressivo potencial Plantas de pequena escala (kW) Setor terciário (e. elétrica, vapor, água quente, água gelada) Falta de investimento em novas usinas e crescimento

significativo do consumo de energia elétrica

Novas tecnologias Gás natural

Praticidade de uso, suprimento garantido, custos de manutenção reduzidos, menores impactos ambientais

Falta de investimento em novas usinas e crescimento significativo do consumo de energia elétrica

Introdução/Objetivos

Objetivo Apresentar análise termodinâmica de um sistema compacto de

cogeração a gás natural, baseado em micro-turbina e com recuperação de calor para produção de água gelada através de uma máquina de refrigeração por absorção a água quente ou vapor;

Apresentar resultados experimentais do sistema existente no LabCET, com recuperação de calor para produção de água quente.

Descrição da planta de cogeração

sistema compacto de cogeração

subsistema 1 produção de energia

eletromecânica

subsistema 2 produção de energia térmica (água quente)

subsistema 3 alimentação de

combustível

subsistema 4 controle, paralelismo e

aquisição de dados

subsistema 5 dissipação de energia elétrica

subsistema 6 dissipação de energia térmica

Descrição da planta de cogeração

Especificações da micro-turbina•Fabricante: Capstone•Modelo: 330 Low Pressure Natural Gas•Potência (ISO): 28 ± 1 kW•Eficiência (PCI): 25 ± 2 %•Temperatura dos gases (ISO): 261 °C

Especificações do trocador de calor•Fabricante: Endesa•Modelo: Fluxos cruzados, não misturados•Temperatura dos gases (e): 261 °C•Temperatura da água (s): 95 °C•Coef. global de troca: 0,52 kW/m2K•Efetividade: 78,5 %

Metodologia

Modelo Termodinâmico para Simulação. Conservação da massa e de energia aplicadas a cada um dos

componentes da planta; Hipóteses:

Regime permanente Variações de energia cinética e potencial desprezíveis

Conservação da massa:

Conservação de energia (1ª Lei da Termodinâmica):

e sm m

s s e eQ W m h m h

Metodologia

Dados considerados na simulação Wt=28 kW P9=2*(101,35) kPa COP=0,65

m6= 0,311 kg/s PP=T7p-T9 ºC ΔTtr=7ºC

ηt= 0,25 AP=T9-T8p= 20ºC ΔTfc =5ºC

T6=268ºC T8=80ºC T11= T10 + ΔTtr ºC

T10=29ºC T13=T12 + ΔTfc ºC

Resultados

Resultados teóricos

Calor recuperado (kW)

Produção de água gelada (kW)

Eficiência(%)

Água quente

50 32 69,6

Vapor 44 28 64,3

Resultados

Resultados experimentais

Resultados

Resultados teóricos vs experimentais

Conclusões

Pequenas diferenças entre o modelo e a experiência Incertezas na medição; Interpolação dos dados do manual do fabricante da micro-

turbina;

O sistema é tecnicamente viável Opção por água quente para futura utilização em chillers de

simples efeito é melhor do ponto de vista termodinâmico A opção por vapor saturado a 120 °C limita a a recuperação de

calor na caldeira a 44 kW: Pintch point de 20 °C; Temperatura dos gases na chaminé de 136 °C.

Rafael R. Romanos, Edson Bazzo, José A. Matelli, Newton R. Moura e Luiz G. M. Freire

LabCET/EMC/UFSCCampus Universitário – TrindadeFlorianópolis, SC – 88040-900Fone: + 55 48 331-9390romanos@cet.ufsc.br

AGRADECIMENTOS

Rafael R. Romanos

FINEP, RedeGásEnergia (Petrobras, TBG e SCGÁS)CNPq e ao PRH09