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Geração de vapor e calor

1. Carga da Refrigera o Os equipamentos de absor o s o produzidos industrialmente para capacidades de 100 at cerca de 2 000 toneladas de refrigera o por hora Os mais comuns s o os de um e de dois est gios 97 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Princ pio de funcionamento do ciclo de e modelagem t cnica das necessidades de energia nas condi es atuais e no hori refrigera o por absor o zonte de vida til do projeto e an lise e modelagem econ mica das condi es de opera o atuais e futuras 4 Condensador Gerador e modelagem de diversas alternativas de cogera o e an lise econ mica dessas il gua resfriam alternativas Solu o fraca Vapor aquecim e modelagem e an lise do impacto ambiental provocado pela implanta o desse projeto Redutor de N Redutor de press o O press o e assegurar o abastecimento de combust vel suprimento de utilidades necess rias opera o por exemplo gua dar destino aos efluentes prover acessos prever con di es de opera o e manuten o jil gua refrigerada e se ocorrerem excedentes de energia el trica assegurar o seu mercado e as con di es de transporte Bomba para Solu o forte recircula o da solu o e se o projeto envolver a produ o de energia el trica i
2. Efetuar manuten o peri dica nos dispositivos de combust o controle e exaus t o dos gases Manter em bom estado o isolamento t rmico da estrutura O piso e o teto dos fornos Evitar a vaporiza o excessiva de gua dentro dos fornos Para economizar energia nos fornos Programe a produ o para a correta utiliza o de prefer ncia de forma cont nua para evitar a perda do aquecimento inicial do equipamento Desligue o equipamento imediatamente ap s o ciclo de opera o programado e mantenha as portas ou tampas fechadas Elimine as perdas por frestas Avalie a participa o do forno no consumo e na demanda da ind stria e encon tre o melhor hor rio para seu funcionamento evitando concentra o com outros equipamentos de porte principalmente no hor rio de pico em que a tarifa para as ind strias tem um valor maior Estime o consumo espec fico kWh unidade de produ o e compare com os valores t picos para servi os semelhantes Opere o forno pr ximo da sua capacidade nominal O consumo espec fico aumenta com a redu o da carga Se um forno projetado para produzir 100 kg h com consumo espec fico de 0 40 kWh kg produzir apenas 50 kg h o consumo espec fico poder se elevar para 0 56 kWh kg Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor O Sol envia Terra em menos de uma hora o equivalente a toda energia que a hu manidade consom
3. 96 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 6 5 Ciclos de cogera o com motores alternativos de combust o interna Este ciclo de cogera o utiliza motores alternativos de combust o interna produzin do trabalho energia el trica ou acionamento mec nico e recuperando a energia t rmica residual dos gases de exaust o e eventualmente o calor dos sistemas de lubrifica o de resfriamento das camisas dos pist es A quantidade de energia residual recuperada n o das mais expressivas por isso sua aplica o mais frequente nas instala es que necessitam de pequenas quanti dades de calor a temperaturas moderadas e maiores quantidades de energia el trica ou for a motriz S o comuns plantas de cogera o utilizando esses ciclos nas pot n cias de poucas dezenas de kW at pot ncias da ordem de 20 MW ou pouco mais Exaust o Lubrifica o Bomba Camisas Processo SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 6 6 Ciclos de cogera o com produ o de frio Os mercados potenciais para este ciclo s o os hospedeiros da planta de cogera o que necessitam al m da energia el trica de condicionamento ambiental ou sistema de refrigera o Os equipamentos ideais para este uso s o os resfriadores por absor o A figura a seguir ilustra algumas aplica es desse tipo C mara de combust o by pass Compressor Gerador equipamento Proje o de Calor
4. Isso significa ajustar o ar de combust o para a combust o mais econ mica Na c mara de combust o o combust vel misturado com o ar para promover a sua queima Deve se utilizar a menor quantidade poss vel de ar para a combust o em geral um pouco mais que a quantidade suficiente para a rea o estequiom trica da combust o Excesso de ar reduz a efici ncia da caldeira Quando o leo combust vel queimado usa se o atomizador que um dispositivo que melhora a mistura do leo com o ar e o injeta no Interior da c mara de combust o O controle da quantidade de ar a ser injetado na c mara de combust o feito geral mente atrav s da medi o da percentagem de di xido de carbono CO e de oxig nio O remanescente nos gases coletados na chamin A boa combust o depende da ope ra o correta do queimador do seu ajuste e de uma manuten o adequada Na utiliza o de leos mais densos a opera o correta da atomiza o pode se cons tituir no principal item para a obten o de uma combust o eficiente fundamental controlar a vaz o a press o e a temperatura do leo de modo que melhor atenda s caracter sticas do combust vel e do queimador empregado SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 3 5 2 Controle da fuligem e das incrusta es Temperatura elevada na chamin da caldeira significa maiores perdas de calor ou seja de energia atrav s dos gases de exaust o O ac mulo de
5. o com total preserva o ambiental Exemplos de aplica o da energia solar fotovoltaica e Em regi es remotas ilumina o em geral TVs geladeiras e freezers postos de sa de escolas centros comunit rios centros de pesquisa eletrifica o de cercas telefonia internet bombeamento de gua e Em regi es urbanas sinaliza o vi ria fluvial aeroportos ilumina o p blica sem foros alimenta o de sistemas cr ticos energia de backup SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 5 2 Aquecedores solares de gua Os aquecedores solares s o ao mesmo tempo captadores e armazenadores de uma energia gratuita Quando se instala um desses equipamentos monta se na verda de uma microusina capaz de produzir energia sob a forma de aquecimento de gua no mesmo local em que ser utilizada Um sistema de aquecimento solar formado por um conjunto de coletores solares um reservat rio t rmico um sistema de circula o de gua natural ou for ada e um sistema auxiliar de aquecimento el trico resist ncia el trica ou a g s A radia o solar aquece a gua na serpentina de tubos de cobre no interior da caixa do coletor solar O isolamento t rmico e o vidro que recobrem essa caixa impedem a perda do calor para o ambiente A gua quente circula entre a serpentina e o reservat rio termicamente isolado carregando o calor que permanecer armazena do Em per odos encobertos prolon
6. Esta forma de cogera o utilizada nas situa es em que se deseja produzir energia el trica e energia t rmica teis em quantidades vari veis de acordo com as cargas consumidoras ou para atendimento de mercados espec ficos constitu da basicamente de um ciclo combinado com flexibiliza o da gera o el trica e de energia t rmica normalmente vapor atrav s da extra o de vapor na turbina a vapor condensa o parcial queima suplementar de combust vel na cal deira de recupera o Existem plantas t o flex veis que podem operar desde a produ o m xima de ener gia el trica sem extra o de vapor para o processo industrial at a produ o m xima de vapor para processo sem produ o de energia el trica Outra forma de cogera o desse tipo aquela em que os acionamentos s o de equi pamentos mec nicos bombas compressores etc em vez de geradores el tricos Em determinadas situa es a queima adicional de combust veis pode reduzir os cus tos globais de opera o por utilizar combust veis mais baratos A efici ncia pode ser muito elevada dependendo do balan o de massa e energia que se obt m em deter minados projetos A figura abaixo mostra uma configura o desse ciclo SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Ciclo combinado com cogera o Cogera o C mara de combust o Compressor Gerador Turbina a vapor Gerador Cogera o 95
7. uma superf cie em alta temperatura para uma superf cie em temperatura mais transferido pela l l l Radia o circula o baixa quando tais superf cies est o separadas no espa o ainda que exista v calor se transfere da gua pelo espa o sob a forma de radia o e feita sob a forma de ondas eletromagn ticas O exemplo mais evidente o infravermelha cuo entre elas A energia transferida dessa forma chamada radia o t rmica pr prio calor que recebemos do Sol Nesse caso mesmo havendo v cuo entre a superf cie do Sol cuja temperatura de cerca de 5 500 C e a superf cie da Terra A vida na Terra depende dessa energia recebida que chega at n s na forma de Condu o calor passa de part culas para part culas desde a extremidade quente at a extremidade fria ondas eletromagn ticas As ondas eletromagn ticas s o comuns a muitos outros fen menos raio X ondas de r dio e TV micro ondas e outros tipos de radia es As emiss es de ondas eletromagn ticas podem ser atribu das a varia es das configura es eletr nicas dos tomos e mol culas e ocorrem devido a v rios fen menos Por m para a transfer ncia de calor interessam apenas as ondas ele tromagn ticas resultantes de uma diferen a de temperatura radia es t rmicas Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 2 1 4 Mecanismos combinados Na maioria das situa es pr ticas ocorrem dois ou mais mecan
8. Instalar pr aquecedor de ar 225 6 Aumentar temperatura de gua de alimenta o Instalar e economizar At 3 EE Recuperar calor atrav s de descarga de fundo Instalar f ash tank At 1 Recuperar perda de calor na instala o At 8 Regulagem cont nua do n vel de gua ao Recuperar condensado Instalar inversor de frequ ncia Incl melhor ambiente sonoro 2 Verificar necessidade de pot ncia dos motores Eventuais superdimensionamentos 3 Aquecedores de combust vel Usar somente vapor Fonte Dispon vel em lt www inmar com br caldeiras Arquivos Info1 pdf gt Acesso em 4 jun 2009 42 43 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 4 FORNOS DPIN IN S o equipamentos destinados ao aquecimento de materiais com v rios objetivos cozimento fus o calcina o tratamento t rmico secagem etc A caracter stica pri mordial de um forno qualquer que seja sua finalidade transferir ao material o calor necess rio gerado por uma fonte de calor com o m ximo de efici ncia unifor midade e seguran a O rendimento t rmico de um forno dado por energia absorvida pelo material no tem po dividida pela energia consumida t rmica ou el trica pela instala o no tempo A fonte de energia que fornece o calor para os fornos de duas origens el trica e de combust veis f sseis g s e leo combust vel 45 Manuais ELEKTRO
9. tica suplementar de combust vel exaurindo ou n o o oxig nio residual da queima do combust vel da turbina a g s Dependendo da quantidade de combust vel adicional pode ser necess rio adi o de ar para a queima Quando poss vel utiliza se como combust vel suplementar outro combust vel mais barato do que o da turbina a g s Os motores alternativos de combust o interna permitem outras formas de recupera o de energia al m da contida nos gases de exaust o Os circuitos de refrigera o das camisas e o sistema de resfriamento de leo s o duas outras fontes de energia recuper veis com temperaturas menores que a dos gases de exaust o Nos moto res alternativos a recupera o da energia residual dos gases feita com caldeiras mais simples em raz o do seu conte do energ tico Nos demais circuitos a recupe ra o feita com trocadores de calor l quido l quido 6 2 7 3 Trocadores de calor O trocador de calor o dispositivo usado para realizar o processo da troca t rmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas Esse processo comum em mui tas aplica es da engenharia Podemos utiliz lo no aquecimento e resfriamento de ambientes no condicionamento de ar na produ o de energia na recupera o de calor e no processo qu mico Em virtude das muitas aplica es importantes a pesquisa e o desenvolvimento dos trocadores de calor t m uma longa hist ria mas ainda hoje busca se aperfei oar o pr
10. Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Para avaliar o potencial de economia que pode ser obtido com o redimensionamen to do isolamento t rmico adote o seguinte roteiro Tubula es Superf cies planas Q gxL Q qxS e Fa a um levantamento dos principais sistemas ou processos que utilizam energia t r mica na ind stria incluindo equipamentos transporte e armazenamento do calor em que em que Q perdas de calor kcal h m Q perdas de calor kcal h m e Me a as temperaturas t do interior e t do ambiente externo para cada um dos conforme gr fico q perdas de calor kcal h m equipamentos acess rio ou tubula o q perdas de calor kcal h m conforme gr fico L comprimento S rea exterior do e Se possu rem isolamento t rmico me a a espessura e identifique o material da tubula o m equipamento m utilizado e o respectivo coeficiente de condutibilidade t rmica k de acordo com a temperatura Assuma os valores m dios apresentados na tabela de coefi cientes de condutibilidade t rmica na falta de dados melhores de k Quando o e Para os equipamentos que possuem isolamento t rmico determine as perdas de isolamento for constitu do por v rias camadas isolantes considere o coeficiente calor Q utilizando as seguintes express es k de cada uma das camadas e as respectivas espessuras e A rea considerada para as superf cies planas a exterior
11. a gelar O fluido refrigerante normal mente gua evapora ao absorver calor dos tubos onde circula a gua a gelar 2 Absorvedor local onde o vapor de gua evaporada absorvido pela subst ncia absorvente solu o de brometo de l tio O calor liberado no processo de ab sor o dissipado atrav s da passagem dos tubos de gua do condensador ao atravessarem o absorvedor 3 Gerador onde fornecido o calor pela fonte quente de forma a separar nova mente o vapor de gua da subst ncia absorvente e reconcentrar a solu o 4 Condensador onde o vapor de gua produzido no gerador condensado pela gua que circula nesta se o O exemplo mostrado na figura a seguir ilustra o princ pio b sico de funcionamento de um desses ciclos de absor o Ciclo de refrigera o Calor rejeitado Fonte pd pa Condensador C B V lvula de expans o Vapor baixa press o Evaporador D E absorvido 84 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica Ele mostra um ciclo frigor fico com solu o de am nia Essa solu o de concentra o elevada bombeada do absorvedor A para o interior de um trocador de calor B onde evapora absorvendo a energia proveniente de uma fonte quente dando origem ao vapor de am nia em alta press o O vapor de am nia conduzido ao condensador C no qual ao condensar cede calor que rejeitado do processo O l quido condensado conduzido ao e
12. da turbina cont m ainda uma quantidade significativa de oxig nio Quanto mais elevadas forem a temperatura e a press o dos gases na entrada do primeiro est gio da turbina e quanto mais reduzida for a temperatura dos gases de exaust o maior ser a efici ncia da turbina a g s A evolu o tecnol gica dos fatores que afetam esses par metros tem promovido nos ltimos anos o cont nuo aperfei oamento dessas m quinas As turbinas projetadas para operar em ciclo simples tendo em vista a efici ncia t r mica do ciclo t m temperatura de sa da de gases reduzida ao m ximo e otimizada taxa de compress o A taxa de compress o a rela o entre a press o do ar na entrada da turbina e na sa da do compressor Por exemplo se o ar entra a 1 atm e deixa o compressor a 15 atm a taxa de compress o de 1 15 As turbinas a g s espec ficas para operar em ciclo combinado s o desenvolvidas de modo a maximizar a efici ncia t rmica do ciclo como um todo Desta forma a redu o da temperatura dos gases de escape n o necessariamente o ponto mais SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor cr tico em termos de efici ncia uma vez que os gases de sa da da turbina ainda s o utilizados para gerar pot ncia O compressor de ar consome uma parcela significativa da energia mec nica resul tante da convers o da energia t rmica dos combust veis As turbinas a g s est o dispon veis com pot ncia de pou
13. isolamento t rmico s o relativamente baixos e resultam em bom retorno econ mico para os recursos investidos A fun o b sica do isolamento t rmico retardar o fluxo de energia t rmica n o desejada seja para dentro ou para fora do equipamento con siderado A efici ncia do isolamento t rmico medida com uma propriedade deno minada condutibilidade t rmica A condutibilidade t rmica designada pela letra k pode ser expressa em kcal h m C e significa a quantidade de calor que atravessa um cubo com um metro de lado no per odo de uma hora quando h uma diferen a de temperatura de 1 C entre as faces opostas Cada material possui um valor t pico de k Os materiais com baixos valores de k s o os que apresentam baixa condutibilidade t rmica e portanto s o bons isolantes t rmi cos Os principais materiais utilizados para essa finalidade s o a corti a o poliestireno expandido espuma a madeira o vidro duplo com g s rgon as telas refletoras a fibra cer mica l de rocha e l de vidro e tamb m o v cuo O k uma fun o da temperatura e seu valor est associado a uma determinada faixa de temperaturas SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Em geral os materiais apresentam valores de k maiores medida que a temperatura aumenta como pode ser observado na tabela a seguir Coeficientes de condutibilidade t rmica para diversos isolantes t rmicos 61
14. o da gua No c lculo do poder calor fico inferior a massa de gua do calor latente de vaporiza o desconsiderada resultando em um valor realista do calor dispon vel ap s o processo de combust o Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica Poder calor fico de alguns combust veis 3050 9530 16700 15100 10060 10687 33889 13284 12400 12020 15955 16494 12030 11700 11580 11600 11920 11932 um 13980 3014 Fonte Dispon vel em www krona srv br display05 htm SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Poder calor fico de alguns outros combust veis tamb m na unidade kJ 5500 kcal l 3200 kcal kg 18000 kcal kg 3700 kcal kg 7500 kcal kg 2200 kcal kg 5000 kcal kg 4300 kcal kg 1260 kcal kg 10800 kcal kg 8600 kcal kg 3300 kcal kg 2400 kcal kg 3800 kcal kg 9800 kcal kg 8125 kcal l 8620 kcal Fonte FOS Engineering 2007 2 1 3 Mecanismos de transfer ncia de calor Como j foi visto calor definido como sendo energia t rmica em tr nsito que flui de um corpo para outro em raz o da diferen a de temperatura existente entre eles A seguir ser o abordadas algumas formas do calor fluir de um corpo a outro a Condu o pode ser definida como o processo pelo qual a energia transferida de uma regi o de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio s lido l quido ou gasoso ou entre meios diferentes em con
15. podem atingir at 99 5 distribuidor As caldeiras el tricas mais comuns utilizam um dos dois processos de aquecimento resistores ou eletrodos preaquecedor tubula o de gua grelha 29 30 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 3 1 1 Caldeiras com resistores Nessas caldeiras a gua aquecida atrav s de resist ncias el tricas blindadas imersas diretamente nela A quantidade de energia el trica requerida para vaporizar a gua Q mM x Hs He n em que Q quantidade de calor requerido em kJ Hs entalpia do vapor temperatura e press o desejadas kJ kg He entalpia da gua de alimenta o da caldeira kJ kg m massa ko m efici ncia da transforma o gt 95 SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 3 1 2 Caldeiras de eletrodo Existem dois tipos b sicos de caldeiras de eletrodo a caldeira de eletrodo submerso e a caldeira de jato de gua Em ambos a corrente el trica passa diretamente pela gua aquecendo a por efeito Joule O custo de opera o de uma caldeira el trica muito elevado em raz o do custo da energia el trica Assim embora seja um equipamento de grande efici ncia a viabilidade de sua troca por um equipamento que utilize outros insumos energ ticos deve ser analisada 31 32 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 3 2 Caldeiras a combust vel As caldeiras que produzem vapor pela
16. queima de combust veis podem ser classifica das em dois grandes grupos caldeiras aquatubulares e caldeiras flamotubulares 3 2 1 Caldeiras aquatubulares Nessas caldeiras a gua a ser aquecida passa pelo interior de tubos que por sua vez s o envolvidos por gases de combust o Os tubos podem estar organizados em fei xes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os cont m apresentam a for ma de um corpo cil ndrico ou em paredes de gua como nas caldeiras maiores gua vapor Uma caldeira aquatubular pode custar at 50 mais do que uma caldeira flamotubular de capacidade equivalente Ela apresenta por m algumas vantagens como uma maior capacidade de produ o de vapor por unidade de rea de troca de calor e a possibilida de de utilizar temperatura superior a 450 C e press o acima de 60 kgf cm SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Sua partida relativamente r pida em raz o do volume reduzido de gua que ela cont m A limpeza dos seus tubos simples e pode ser feita automaticamente atra v s de sopradores de fuligem Sua vida til pode chegar a 30 anos 3 2 2 Caldeiras flamotubulares Nas caldeiras flamotubulares ou pirotubulares os gases quentes da combust o circulam no interior de tubos que atravessam o reservat rio de gua a ser aquecida para produzir vapor Esse tipo de caldeira geralmente de pequeno porte apresenta baixa efici ncia e utilizada apena
17. receita pode ser constitu da pelo diferencial de custos entre a compra dos energ ticos convencionais e os custos da ener gia substitu da pela instala o da cogera o como seria o caso do um autoprodutor 6 9 Conclus o Hoje a cogera o responsavel por uma parcela significativa da energia el trica produ zida em diversos pa ses A elevada efici ncia no aproveitamento de combust veis aliada proximidade do mercado da energia t rmica torna alguns desses empreendimentos muito competitivos E com a disponibiliza o de maiores volumes de g s natural para as ind strias e o com rcio esses empreendimentos ficam ainda mais atraentes Na rea industrial as vantagens da cogera o s o mais conhecidas As aplica es comerciais envolvendo o condicionamento ambiental s o muito atrativas principal mente se forem considerados os investimentos evitados nas instala es convencio nais de produ o de frio e na redu o da demanda e do consumo de energia el trica poss vel de se obter com esta tecnologia A decis o de se implantar cogera o em uma instala o Industrial ou comercial nova ou j existente depende de uma an lise muito criteriosa para se determinar qual o balan o o processo o mercado e o dimensionamento mais convenientes e mais econ micos Muitos insucessos nos estudos de viabilidade desse tipo de instala o se devem a falhas nessas avalia es e por isso muitos projetos deixaram de ser impla
18. ser evitada nos motores de combust o interna a fim de proporcionar sua maior durabilidade e menores taxas de emiss es de poluentes atmosf ricos provenientes da dissocia o do g s nitrog nio Uma das principais caracter sticas que diferenciam o motor Otto de outros a aspira o de uma mistura ar combust vel Para iniciar a queima dentro da c mara produz se uma centelha el trica fa sca atrav s de uma vela que nada mais do que um disposi tivo ignitor O ciclo Otto consiste de quatro etapas como mostra a figura a seguir Motores alternativos ciclo Otto V lvula de V lvula de admiss o escape Vela Primeiro tempo Segundo tempo Terceiro tempo Quarto tempo admiss o compress o explos o expuls o 1 Admiss o Os motores a diesel caracterizam se pela igni o por compress o O fluido de traba lho normalmente ar comprimido sem ser misturado ao combust vel e quando o combust vel injetado no fluido comprimido e quente esse se inflama As m quinas que impulsionam ve culos pesados como caminh es trens e navios usualmente s o baseadas no ciclo diesel o que n o se refere ao combust vel utilizado e sim ao ciclo termodin mico em que operam Motores alternativos ciclo diesel 2 Compress o 3 Combust o 180 180 180 75 76 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 6 2 3 Turbinas a vapor S o m quinas que convertem a energia t rmica do vapor em en
19. tipicamente com 17 ou 18 est gios de compress o Cada est gio do compressor formado por uma fileira de palhetas rotativas que imp em movimento ao fluxo de ar energia cin tica e uma fileira de palhetas est ticas que utiliza a energia cin tica para compress o O ar sai do compressor a uma temperatura que pode variar entre 300 C e 450 C Cerca de metade da pot ncia produzida pela turbina de pot ncia utilizada no acio namento do compressor e o restante a pot ncia l quida gerada que movimenta um gerador el trico 79 80 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica Saindo da c mara de combust o os gases t m temperatura de at 1 250 C Depois de passar pela turbina os gases s o liberados ainda com significante disponibilidade energ tica a temperaturas entre 500 C e 650 C Levando isso em considera o as termel tricas mais eficientes e de maior porte aproveitam esse potencial atrav s de um segundo ciclo termodin mico a vapor ou Ciclo Rankine Esses ciclos juntos formam um ciclo combinado de efici ncia t rmica muitas vezes superior a 60 os ciclos simples a g s t m uma efici ncia t rmica de 35 Por raz es de limita o de temperatura suport vel pelos materiais utilizados na constru o das turbinas a massa de ar injetada na c mara da combust o muito superior quantidade requerida para se estabelecer a rea o estequiom trica da combust o Assim os gases de exaust o
20. turfa 55 o linhito 70 a hulha 80 e o antracito de 90 a 96 No Brasil a produ o de carv o se destina principalmente regi o Sul No entan to o carv o das jazidas brasileiras considerado de baixa qualidade devido s impurezas e cinzas presentes em sua composi o c d SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Coque de carv o o coque um tipo de combust vel derivado do carv o mineral betuminoso hulha Come ou a ser utilizado na Inglaterra do s culo XVII O co que obt m se do aquecimento da hulha sem combust o num recipiente fecha do Pode ser utilizado na produ o de ferro gusa alto forno sendo adicionado com a carga met lica O coque obtido pelo processo de coqueifica o que consiste a princ pio no aquecimento do carv o mineral a altas temperaturas em c maras hermeticamente fechadas exceto para sa da de gases No aqueci mento s temperaturas de coqueifica o e na aus ncia de ar as mol culas org nicas complexas que constituem o carv o mineral se dividem produzindo gases e compostos org nicos s lidos e l quidos de baixo peso molecular e um res duo carbon ceo relativamente n o vol til Esse res duo resultante o coque que se apresenta como uma subst ncia porosa celular heterog nea sob o ponto de vista qu mico e f sico Sua qualidade depende muito do carv o mineral do qual se origina principalmente do seu teor de impurezas Coque de
21. vel pela ind stria respondem civil e criminal mente pelo fato Uma correta utiliza o do equipamento gera n o somente um ganho ener g tico no processo produtivo mas um ganho de seguran a para os oper rios e as comunidades do entorno 41 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor A es e economias estimadas Reduzir excesso de ar Regulagem da combust o 5a 10 2 Reduzir temperatura de sa da dos gases Regulagem da combust o Limpeza da caldeira 1 a cada 5 C 3 Reduzir press o de trabalho Verificar necessidade real de press o 1 a cada 5 Bar 4 Otimizar temperatura do combust vel Ene a E At 5 5 Otimizar press o de atomiza o do combust vel Seguir indica es do fabricante do queimador At 1 Reduzir descarga de fundo Conforme an lise de gua da caldeira At 1 Otimizar sequ ncia de queima E Jula 5 a 10 Sunga sauen de queima de 237 v rios queimadores Eliminar vazamentos de vapor At 10 Eliminar defeitos em purgadores At 5 Reduzir dep sito no queimador Regulagem de queima Usar aditivos 1a5 2 Reduzir dep sito na fornalha Regulagem de queima Usar aditivos 1a 3 3 Reduzir dep sito no lado de gua Conforme an lise de gua da caldeira 1a 2 4 Reduzir dep sito de fuligem nos tubos Regulagem de queima Usar aditivos 1a 4 5 Aumentar temperatura de ar de combust o
22. ELEKTRO de Efici ncia Energ tica O tipo mais comum de gerador el trico o d namo gerador de corrente cont nua eletrodin mico de uma bicicleta por exemplo depende da indu o eletromagn ti ca para converter energia mec nica em energia el trica O d namo funciona convertendo a energia mec nica contida na rota o do seu eixo o que faz com que a intensidade de um campo magn tico produzido por um m permanente que atravessa um conjunto de enrolamentos varie no tempo o que pela lei da indu o de Faraday leva indu o de tens es em seus terminais A energia mec nica muitas vezes proveniente de uma turbina hidr ulica a g s ou a vapor utilizada para fazer girar o rotor o qual induz uma tens o nos terminais dos enrolamentos que ao serem conectados a cargas levam circula o de correntes el tricas pelos enrolamentos e pela carga No caso de um gerador que fornece uma corrente cont nua um interruptor mec nico ou anel comutador alterna o sentido da corrente de forma que ela permane a unidirecional independentemente do senti do da posi o da for a eletromotriz induzida pelo campo Os grandes geradores das usinas geradoras de energia el trica fornecem corrente alternada e utilizam turbinas hidr ulicas e geradores s ncronos 6 2 7 7 Transformador um dispositivo destinado a transmitir energia el trica ou pot ncia el trica de um circuito a outro transformando tens es correntes ou modifi
23. Efici ncia Energ tica c Turbina a turbina em si formada por um conjunto de rodas dotadas de paletas rigidamente engastadas constituindo um conjunto mec nico similar s rodas da turbina a vapor Os gases queimados expandem se na passagem pelas rodas perdendo entalpia e cedendo energia cin tica turbina produzindo um movi mento de rota o no eixo d Exaust o o tubo de exaust o localizado na sa da da turbina libera os gases queimados press o atmosf rica e temperatura sensivelmente reduzida algo em torno de 450 C a 550 C Turbina a g s e gerador de energia el trica C mara de Combust o Exaust o Gerador Compressor Turbina a G s Esse conjunto opera em um ciclo aberto ou seja o fluido de trabalho ar admitido na press o atmosf rica e os gases de escape ap s passarem pela turbina s o des carregados novamente na atmosfera sem que retornem admiss o A denomina o turbina a g s pode ser erroneamente associada ao combust vel utilizado A palavra g s n o se refere queima de gases combust veis mas sim ao fluido de tra balho da turbina que neste caso a mistura de gases resultante da combust o O com bust vel em si pode ser gasoso como g s natural g s liquefeito de petr leo GLP g s de s ntese ou l quido como querosene leo diesel e at mesmo leos mais pesados SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor A carga acopla
24. Isolamento t rmico cccccccc esenee 60 SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 6 Cogera o 69 6 1 Principais atrativos da cogera o na ind stria 71 6 2 Equipamentos utilizados em instala es de cogera o cccccccc 73 6 3 Tipos de cogera o ccccccc cc 90 6 4 Ciclos de cogera o ccccccccccc 91 6 5 Ciclos de cogera o com motores alternativos de combust o interna 96 6 6 Ciclo de cogera o com produ o deffrio 97 6 7 O potencial de cogera o cccccc 98 6 8 As receitas da cogera o cccccc 100 6 CONCIUS O ses ssnpuapada ee redes Da eva ae 100 1 INTRODU O Nesta publica o abordaremos conte dos simples e did ticos mas importantes para a administra o de energia tais como caldeiras fornos isolamento t rmico e cogera o S o temas voltados ao uso eficiente de energia enfocando principalmente os as pectos relacionados energia t rmica gera o de vapor utilizada amplamente nos processos industriais e tamb m nos setores comercial e de servi os Em um mundo com grande competitividade industrial como o de hoje as empresas buscam em seu processo fabril maneiras de otimizar a utiliza o dos recursos obje tivando gerar economias e melhorias qualitativas nos processos de produ o Nesse sentido continuamente as empresas buscam alternativas que possa
25. MAMMA ARS r e a EAA ARS ARARAS ALA A o EE PE MNU VANAN NANAS ho NAN FERRO ER O O ESSES ES ERES Soo ESSA ES AMENA NM 22 N N en EEE NINA AAA ANN NANON ESHE AAAA A A AAAA ANA AAAA 2 2 NAANA Es Es ANNA AN ANA A AN 2 a NSNMNEN SESI VAR ANNAN NS N NAS AMARANTE NAN NANA NON ANNA S ANIS AAA NA NANA E ALL 2 M ERR 7777 14 40 EE i OII IUUQ SM IWI S SU I Us WA ANNA MI JS OOII I MOWN IWI NS IW WIS J Po NYI SJ MUILLA LUL A Superf cie plana 65 66 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor e Para reduzir as perdas de calor pode se trocar o isolamento por outro com me nores perdas com menor coeficiente de condutibilidade t rmica aumentar a espessura do isolamento ou ainda adotar ambas as solu es simultaneamente Escolha a alternativa mais adequada para o seu caso Sempre que poss vel redu za O comprimento de tubula es eliminando os trechos desnecess rios evitan do assim desperd cios de energia e Calcule as novas perdas Q utilizando as express es anteriores e Calcule a redu o das perdas consequentes da melhoria do isolamento t rmico com a express o em que R redu o de perdas devido melhoria do isolamento t rmico kcal h Q perdas atuais do equipamento ou tubula o kcal h Q perdas do equipamento ou da tubula o com o novo isolamento t rmico kcal h e Estime a dura o m d
26. Manuais Elektro de Efici ncia Energ tica Segmento Industrial Uma publica o da Elektro Eletricidade e Servi os S A dentro das a es do Programa de Efici ncia Energ tica Publica o elaborada com base nos Manuais de Administra o de Energia da Secretaria de Saneamento e Energia do Governo do Estado de S o Paulo e nas publica es dispon veis no Programa Nacional de Conserva o de Energia El trica PROCEL ELETROBR S Coordena o geral PenseEco Consultoria Projeto gr fico e editora o eletr nica Casa Paulistana Comunica o amp Design Designers Simone Zupardo Dias e Cleiton S Prepara o e revis o de texto Temas e Varia es Editoriais Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica Sum rio 1 Introdu o 4 2 Conceitos 7 2 1 Conceitos da termodin mica cc s 7 3 Caldeiras a 27 3 1 Caldeiras el tricas unnnunnn annann 29 3 2 Caldeiras a combust vel unnnnann nennen n 32 3 3 Estruturas de uma caldeira ccccll cc 34 3 4 Polui o do Al a sesaabi dede ass ade da pda Sd 35 3 5 Economia de energia nas caldeiras 36 4 Fornos industriais 45 4 1 Fornos el tricos nnnnnann nannan ennnen nne 46 4 2 Fornos a combust vel cccccccc 50 5 Aquecimento solar 53 5 1 Energia solar fotovoltaica ccccccc 54 5 2 Aquecedores solares de gua 55 5 3
27. S No caso de equipa mento com corpo cil ndrico considere a rea desenvolvida como uma superf cie Tubula es Superf cies planas plana que irradia calor No caso de equipamentos ou locais com superf cies com Q 2m ty to isolamentos diferentes considere cada uma das superf cies d In a Oie Q sE K e e Para tubula es me a o di metro externo do tubo d e o di metro externo gt K do tubo mais o isolamento t rmico d Me a tamb m o comprimento das tubula es em metros em que e Para as instala es sem isolamento t rmico obtenha nos gr ficos baco de Wre Q perdas atuais de calor kcal h de figura a seguir a correspondente perda de calor q k coeficiente de condutibilidade t rmica do isolante em kcal h m C sua tem peratura m dia e Determine as perdas Q da seguinte forma 63 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Es tt m em que t temperatura interna do equipamento ou da tubula o C t temperatura ambiente C e espessura do isolante m S rea externa de condu o de calor m L comprimento da tubula o m d di metro externo do tubo m d di metro externo do tubo mais isolante t rmico m Observa o Quando o isolamento t rmico for composto por v rias cama das de materiais diferentes considere o efeito de cada uma das camadas e t
28. a gasoso c Calor latente a grandeza f sica que determina a quantidade de calor que uma unidade de massa de determinada subst ncia deve receber para mudar de esta do f sico mantendo a temperatura constante 2 1 2 Poder calor fico a quantidade de energia por unidade de massa ou de volume no caso dos gases liberada na combust o de um determinado combust vel Este pode ser classificado como superior ou inferior Na pr tica o poder calor fico mostra que tipo de subs t ncia pode liberar maior quantidade de energia calor durante sua combust o Essa combust o n o necessariamente a aplica o de fogo Pode ser tamb m a dissocia o qu mica no processo de calor latente mudan a de estado f sico de determinado material Para se obter o poder calor fico superior e inferior deve se entender que no pro cesso de vaporiza o da gua a temperatura permanece constante at que toda a gua seja transformada em vapor No in cio dessa forma o a raz o entre a mas sa de vapor e a massa total da mistura igual a zero pois ainda n o h mas sa de vapor formado Essa raz o varia gradualmente de zero at um Assim que toda a gua transformada em vapor a raz o entre a massa de vapor e a massa total da mistura ser igual a um dando origem ao vapor saturado No c lculo do poder calor fico superior inclui se a energia que pode ser aproveitada do combust vel por meio do calor latente de vaporiza
29. aixa press o gua quente e energia solar SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 6 2 7 Caldeiras e equipamentos de transfer ncia de energia t rmica 6 2 7 1 Caldeiras para queima de combust veis e produ o de vapor As caldeiras s o equipamentos constru dos para aquecer um fluido ou produzir va por a partir da queima de combust veis Nas caldeiras para vapor de gua de acordo com as necessidades do processo o vapor pode ser produzido nas condi es de satura o ou superaquecimento As caldeiras de combust o utilizam uma gama muito extensa de combust veis s li dos l quidos e gasosos 6 2 7 2 Caldeiras de recupera o de calor Estas caldeiras se destinam ao aproveitamento do calor residual de um sistema ou processo para a gera o de vapor ou para o aquecimento de um fluido S o muito utilizadas em cogera o de energia el trica e t rmica para recuperar a energia resi dual dos gases de exaust o de turbinas a g s ou de motores alternativos Nas aplica es de recupera o de calor de turbinas a g s na configura o de gera o el trica em ciclo combinado esse equipamento pode ser muito sofisticado com m ltiplas press es e circuitos complexos de troca de calor Nas aplica es que exigem maior produ o de vapor maior press o e tempera tura ou maior flexibilidade de opera o s o algumas vezes dotados de queima 85 86 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ
30. arbonetos s o em ge ral mais leves do que aqueles que comp em o leo diesel pois s o formados por mol culas de menor cadeia Al m dos hidrocarbonetos e dos oxigenados a gasolina cont m compostos de enxofre compostos de nitrog nio e compostos met licos todos eles em baixas concentra es A gasolina obtida pelo processo de refinamento do petr leo bruto Nesse processo dezenas de outros combusti veis s o obtidos como o metanol e o diesel Metanol CH OH ou lcool met lico um composto qu mico obtido de duas maneiras pela destila o de madeiras ou pela rea o do g s de s ntese vindo de origem f ssil refino do petr leo O metanol utilizado em larga escala como solvente industrial na fabrica o de pl sticos e como solvente em rea es de import ncia farmacol gica A rela o do metanol com os combust veis que ele usado no processo de transesterifica o da gordura na produ o do biodiesel Tamb m pode ser usado como combust vel em algumas categorias de postos nos Estados Unidos No Brasil o metanol foi utilizado durante uma poca em substitui o tempor ria ao lcool em virtude de uma grande falta desse produto no mercado Hoje por m por ser extremamente t xico o metanol j n o mais utilizado como combust vel SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 2 1 5 3 Biocombust vel qualquer combust vel de origem biol gica desde que n o seja de orig
31. argas reduzidas dos queimadores tamb m pode con tribuir para essa redu o de efici ncia Sempre que poss vel deve se evitar essa zona de funcionamento atuando sobre a quantidade de caldeiras em opera o para atender s necessidades do momento SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor NORMA REGULAMENTADORA NR 13 No Brasil desde 1943 a CLT contempla a preocupa o com a seguran a em caldeiras Por m apenas a partir de 1978 foi criada a norma sobre Caldeiras e Recipientes de Press o a NR 13 que estabeleceu medidas de seguran a para os usu rios desses sistemas Outros rg os reguladores tamb m t m feito importantes contribui es na quest o da seguran a e dos estudos desses equipamentos como o Inmetro IBP e Abiquim A caldeira n o apenas uma m quina no processo produtivo e um problema apresentado por ela n o significa somente uma parada para manuten o Em muitas situa es essa parada pode gerar uma paralisa o total da produ o Se o equipamento n o for corretamente operado monitorado manuseado e n o for realizada a sua devida manuten o esse equipamento tem um gran de potencial de gerar s rios problemas com a seguran a pois ele trabalha com grandezas de risco como press o e temperatura Uma m manuten o pode gerar explos es capazes de destruir uma ind s tria e ferir muitas pessoas Os respons veis pela manuten o e opera o da caldeira bem como o respons
32. as competitivas para a implanta o dos sistemas de cogera o Os principais equipamentos que comp em esses sistemas s o aqueles que utilizando um combust vel biomassa e ou g s natural produzem energia mec nica para mo ver um gerador que produz eletricidade e complementarmente outros equipamen tos produzem energia t rmica calor e frio 6 2 1 Equipamentos de transforma o de energia t rmica S o os equipamentos que transformam a energia t rmica dos combust veis em energia til de acionamento 6 2 2 Motores alternativos de combust o interna O motor de combust o interna uma m quina t rmica que transforma a energia proveniente de uma rea o qu mica em energia mec nica O processo de convers o se d atrav s de ciclos termodin micos que envolvem expans o compress o e mu dan a de temperatura de gases Esses motores tamb m s o popularmente chamados de motores a explos o Essa deno mina o apesar de frequente n o tecnicamente correta pois o que ocorre no interior 13 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor das c maras de combust o n o uma explos o de gases O que impulsiona os pist es o aumento da press o interna da c mara decorrente da combust o queima controlada com frente de chama O que pode se chamar de explos o queima descontrolada sem frente de chama definida uma detona o dos gases que deve
33. ca 3 5 3 Monitora o da efici ncia da caldeira As principais causas das perdas de energia em caldeiras s o as elevadas tempera turas de exaust o na chamin e a combust o incompleta Essas causas podem ser detectadas com a an lise do teor de di xido de carbono e da temperatura nos gases de exaust o Esses dois par metros podem ser aceitos tamb m como indicadores da efici ncia da caldeira Para efeitos pr ticos e para os tipos de caldeiras mais comuns o percentual de di xido de carbono contido na chamin deve se situar em uma faixa entre 11 e 13 5 Esses valores podem variar um pouco de acordo com os tipos de caldeira de queimador e de combust vel Procura se manter o teor de di xido de carbono mais elevado poss vel sem que isso provoque emiss o de fuma a densa na chamin O aumento do teor de di xido de carbono exige redu o do excesso de ar de combust o Por sua vez a redu o do ar de combust o pode provocar um aumento da emiss o de mon xido de carbono CO aumento de particulados e enegrecimento da fuma a O ponto timo de opera o ser um compromisso entre a efici ncia e as emiss es As caldeiras mais eficientes apresentam menor temperatura dos gases na sa da da chamin Essas caldeiras s o constru das com dispositivos internos por exemplo eco nomizadores e preaquecedores de ar que permitem o maior aproveitamento da ener gia residual dos gases Se o combust vel contiver enxofre a tempera
34. cando os valores da im ped ncia el trica de um circuito el trico O transformador consiste de duas ou mais bobinas ou rolamentos e um caminho ou circuito magn tico que acopla essas bobinas H uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito mas todos operam com o mesmo princ pio de indu o eletromagn tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor No caso dos transformadores de dois rolamentos comum denomin los de rola mento prim rio e secund rio Existem transformadores de tr s rolamentos sendo que o terceiro chamado de terci rio Existe tamb m um tipo de transformador denominado autotranstormador no qual o rolamento secund rio possui uma co nex o el trica com o rolamento do prim rio Transformadores de pot ncia s o destinados transforma o da tens o e das corren tes operando com altos valores de pot ncia de forma a elevar o valor da tens o e consequentemente reduzir o valor da corrente Esse procedimento utilizado porque ao se reduzir os valores das correntes reduz se as perdas por efeito Joule nos condu tores O transformador constitu do de um n cleo de material ferromagn tico como a o a fim de produzir um caminho de baixa relut ncia para o fluxo gerado S o utilizados para converter uma fon te de energia em uma tens o de ali menta o constante e de baixa tens o como em linhas el tricas para abastecer resid ncias com rcios e in
35. cas centenas de kW at quase 300 MW 6 2 5 Equipamentos de produ o de frio Os equipamentos de produ o de frio s o m quinas desenvolvidas para condicio namento t rmico de um determinado local instala o Esses equipamentos podem produzir sistemas de condicionamento de ar quente ou frio e s o empregados com diversos fins como ar condicionado sistemas de c maras frigor ficas e siste ma de condicionamento de ar 6 2 5 1 Chiller Um chiller de gua uma m quina que tem como fun o aquecer a gua ou ou tro l quido em diferentes tipos de aplica es atrav s de um ciclo termodin mico Os dois principais tipos de chiller s o o de compress o ou el trico e o de absor o Os chillers de compress o utilizam um compressor mec nico normalmente acio nado por um motor el trico de forma a aumentar a press o em determinada fase do ciclo termodin mico do sistema A desvantagem desse processo est no seu elevado consumo energ tico 81 82 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor O que distingue o funcionamento dos chillers de absor o dos chillers de compress o o fato de o primeiro ter como princ pio de base um compressor termoqu mico Os chillers de absor o permitem produzir gua gelada a partir de uma fonte de calor utilizando para isso uma solu o de um sal por exemplo brometo de l tio ou am nia num processo termoqu mic
36. d strias 89 90 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 6 3 Tipos de cogera o A partir da fonte de calor dispon vel a cogera o pode ser classificada em dois gran des grupos a cogera o de bottoming e a cogera o de topping Na cogera o de bottoming O processo utiliza a energia a temperaturas mais elevadas e a energia cogerada o resultado da recupera o do calor residual do processo Na cogera o de topping a energia utilizada acionamento extra da no n vel mais alto da temperatura da combust o e a energia recuperada cogerada no n vel mais baixo Cogera o de bottoming e de topping Produto Cogera o C mara de combust o F brica turbina Cogera o SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 6 4 Ciclos de cogera o A escolha de um dos sistemas apresentados a seguir por permitir diferentes con figura es deve levar em conta a viabilidade t cnico econ mica as necessidades estrat gicas e outras vari veis como disponibilidade de gua espa o combust vel condi es ambientais etc 6 4 1 Ciclo de cogera o com turbinas a vapor Neste ciclo de cogera o a energia t rmica resultante da combust o transferida atrav s da caldeira para a gua que vaporiza e superaquece O vapor superaquecido expandido em uma turbina que aciona uma carga mec nica ou gerador el trico O vapor extra do na sa da da turbina na
37. da ao eixo ou eixos da turbina al m do compressor de ar do conjunto pode ser constitu da por gerador de energia el trica bombas compressores ou um eixo motor qualquer As turbinas de pequena e m dia pot ncia giram a rota es mais elevadas Dependendo da carga pode ser necess rio Inserir um redutor de velocidade entre a turbina e a sua carga Algumas turbinas possuem mais de um eixo neste caso cada eixo acionado por um conjunto de p s de turbina gira a velocidade diferente As turbinas a g s s o muito empregadas na propuls o de avi es e em outros tipos de aeronaves Isso se deve principalmente caracter stica de alta densidade de po t ncia em rela o a outras m quinas como motores de combust o interna Ou seja as turbinas a g s geram maiores pot ncias comparadas a m quinas de mesmo peso O que vantajoso uma vez que a redu o do peso das aeronaves acarreta maior efici ncia e capacidade de carga As turbinas a g s dedicadas gera o de energia el trica se dividem em duas principais categorias no que se refere sua concep o S o elas as pesadas heavy duty desen volvidas especificamente para a gera o de energia el trica ou propuls o naval e as aeroderivativas desenvolvidas a partir de projetos dedicados a aplica es aeron uticas Com a exce o das microturbinas dedicadas gera o descentralizada de energia el trica o compressor utilizado geralmente trabalha com fluxo axial
38. de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 4 1 Fornos el tricos b Fornos de indu o eletromagn tica Esses fornos se baseiam no princ pio de que uma corrente alternada circulando Os principais tipos de fornos el tricos s o a resist ncia el trica de indu o eletro por um condutor gera um campo magn tico tamb m alternado em volta do magn tica e a arco el trico condutor Esse campo pode ent o ser utilizado para induzir corrente el trica no material a ser processado carga aquecendo o por efeito Joule Os fornos de a Fornos a resist ncia el trica indu o s o de dois tipos b sicos fornos com canal com n cleo magn tico e S o geralmente classificados por aquecimento direto e por aquecimento indire fornos com cadinho sem n cleo magn tico to Os de aquecimento direto s o aqueles em que a corrente el trica circula pelo pr prio material a ser aquecido Os de aquecimento indireto possuem no seu in Caracter sticas t cnicas do forno com canal terior os elementos resistivos que por efeito Joule cedem calor ao ambiente do e pot ncia 225 a 10 000 kW forno e ao material a ser processado A parte interna do forno possui materiais refrat rios e isolantes t rmicos que reduzem as perdas t rmicas e capacidade de carga 20 a 40 000 kg de ferro Caracter sticas t cnicas e rendimento 55 a 80 e pot ncia 3 a 300 kW Caracter sticas t cnicas do forno com cadinho e capac
39. e em um ano uma energia renov vel n o poluente e abundan te no Brasil especialmente em face das suas caracter sticas de pa s tropical Existem dois m todos para se captar a energia do Sol a energia solar fotovoltaica e o aquecimento de gua solar Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 5 1 Energia solar fotovoltaica Com a energia recebida do Sol poss vel se obter a energia fotovoltaica por meio de pain is contendo c lulas solares que geram energia el trica atrav s do efeito fotovoltaico ou seja a gera o de uma diferen a de potencial el trico tens o As c lulas solares s o essencialmente diodos fotossens veis que geram eletricidade quando expostos luz O efeito fotovoltaico ocorre quando f tons energia que o Sol carrega incidem sobre tomos no caso tomos de sil cio do painel solar provocando a emiss o de el trons e gerando corrente el trica A energia gerada pelos pain is armazenada em bancos de bateria para que seja usada em per odo de baixa radia o e durante a noite A energia solar fotovoltaica uma das op es de gera o de energia da atualidade especialmente em regi es n o atendidas pela rede el trica Por ser limpa abundante e renov vel uma solu o inteligente e ecol gica A implementa o de sistemas fotovoltaicos pode ser feita diretamente nos locais de consumo evitando a constru o de usinas linhas de transmiss o e de distribui
40. e monitora o e analisador dos gases de combust o com indica o de m nimo teor de CO e eventualmente de O e term metro para controle das temperaturas dos gases de sa da na faixa de 100 a 500 C e aparelhos de medi o do ndice de enegrecimento dos gases de escape fuligem e man metro para a medi o da depress o na chamin tiragem 39 40 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 3 5 4 Redu o das perdas de calor As caldeiras como qualquer outro equipamento t rmico perdem calor para o meio ambiente Para manter a sua efici ncia necess rio limitar essas perdas Por isso recomenda se verificar periodicamente a estanqueidade do corpo da caldeira e as aberturas em torno dos queimadores e dos visores da c mara de combust o Na manuten o devem se eliminar todas as perdas de calor e vazamentos de gua quente e de vapor e refazer os isolamentos t rmicos do vaso e de todos os circuitos que contenham fluidos quentes 3 5 5 Ponto de opera o da caldeira Geralmente as caldeiras apresentam efici ncia m xima quando em opera o entre 80 a 90 da sua capacidade nominal Operar acima dessas condi es pode com prometer a vida til do equipamento Por outro lado ao operar muito abaixo dos 80 permanecendo fixas as perdas das trocas de calor a energia necess ria para motorizar a tiragem e outros servi os da caldeira reduz sua efici ncia global A condi o de opera o a c
41. em f ssil originado de mistura de uma ou mais plantas como cana de a car mamona soja c nhamo canola baba u lixo org nico entre outros tipos a b c lcool o lcool combust vel etanol um biocombust vel produzido geralmente a partir da cana de a car mandioca milho ou beterraba O Brasil possui uma rela o muito pr xima com o etanol A partir da crise do petr leo na d cada de 1970 o governo brasileiro numa atitude isolada internacionalmente criou o programa Pr lcool e o etanol novamente recebeu as aten es como biocom bust vel de extrema utilidade Nos dias de hoje com a certeza de escassez e de crescente eleva o no pre o dos combust veis f sseis priorizam se novamente os investimentos na produ o de etanol por um lado e por outro um amplo investimento na pesquisa e cria o de novos biocombust veis Diante de uma si tua o nacional antiga e inconstante causada pelas altas e baixas do petr leo as grandes montadoras brasileiras se aprofundaram em pesquisas e dessa forma lan aram uma tecnologia revolucion ria os carros dotados de motor bicombus t vel fabricados tanto para o uso de gasolina quanto de lcool Diesel o leo diesel um derivado da destila o do petr leo bruto usado como combust vel nos motores diesel constitu do basicamente de hidrocarbonetos Pelo fato de uma mistura de diesel com o ar produzir uma forte explos o quando com primida es
42. ergia mec nica para acionamentos Podem ser fabricadas com uma grande variedade de configura es para diversas press es diferentes n meros de est gios de condensa o de extra o simples e controlada simples e m ltiplas entradas etc S o produzidas na faixa de pot ncia des de poucos kW at mais de 1 000 MW Embora a inven o do motor de combust o interna no final do s culo XIX parecesse ter tornado obsoleta a m quina a vapor ela ainda hoje muito utilizada por exem plo nos reatores nucleares que servem para produzir energia el trica No caso da turbina a vapor o fluido de trabalho o vapor de gua sob alta press o e alta temperatura Seu funcionamento se baseia no princ pio de expans o do vapor gerando diminui o na temperatura e energia interna essa energia interna perdida pela massa de g s reaparece na forma de energia mec nica pela for a exercida contra um mbolo A figura a seguir mostra alguns dos tipos de turbinas a vapor em geral utilizadas em instala es de cogera o Tipos de turbinas a vapor Pas po PAR L TV de TV TV sem TV com TV com contrapress o condensa o condensa o condensa o 3 condensa o 2 com extra o com 2 entradas entradas e exira es n o controlada e 2 exira es extra es controladas simples simples SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor O principio b sico do funcionamento da turbina a vapor a inje o de vap
43. fuligem no circuito dos gases forma uma barreira isolante que prejudica a troca t rmica reduzindo a efici ncia e pode ser detectada pelo aumento da temperatura na chamin Para reduzir a fuligem deve se ajustar o ar de combust o e utilizar aditivos especiais quando o combust vel utilizado for o leo pesado A fuligem pode ser removida por meios manuais e com o uso de produtos qu micos A forma o de incrusta es do lado da gua estabelece uma segunda barreira isolante reduzindo assim a troca de calor entre o g s e a gua Al m de reduzir a efici ncia aumenta o risco de degra da o das superf cies de troca o que reduz a vida til da caldeira As incrusta es podem ser detectadas por meio da inspe o visual e tamb m pela deteriora o das caracter sticas de opera o da caldeira tais como redu o na pro du o de vapor aumento do consumo de combust vel e eleva o da temperatura dos gases na chamin Aumento na temperatura de exaust o um sinal de que a caldeira precisa de limpeza e desincrusta o A necessidade de desincrusta o indica que o tratamento da gua de alimenta o pode n o estar correto O bom tratamento da gua melhora as trocas t rmicas adia ou mes mo evita as lavagens qu micas e mec nicas da caldeira reduz a oxida o do material reduz a frequ ncia das purgas e contribui para a produ o de vapor mais seco 3 38 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ ti
44. gados se a temperatura tender a cair abaixo de 40 C o termostato ligar a resist ncia el trica sistema auxiliar de aquecimento el trico ou o queimador de g s para aquecimento suplementar a Circula o natural Para as pequenas instala es a circula o de gua natural n o havendo ne cessidade de utiliza o de bomba el trica b Circula o for ada Nas instala es de m dio e de grande porte normalmente utilizado o sistema de circula o for ada de gua composto por uma motobomba el trica coman dada por um controlador diferencial Quando a temperatura da gua dentro do coletor solar for de 3 C a 10 C maior que a temperatura da gua do reserva t rio t rmico o termostato ativa a bomba circuladora levando gua quente do 55 56 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica c d coletor para o reservat rio O diferencial de temperatura citado o normalmente utilizado mas cada instala o deve ser otimizada usando esse diferencial apenas como refer ncia Outros sistemas Existem outros sistemas de aquecimento solar de gua que utilizam o pr prio reservat rio t rmico como coletor solar ou ainda instala es com a resist ncia el trica fora do reservat rio t rmico principal isto dentro de um segundo re servat rio de menor volume Instala o dos equipamentos Os aquecedores solares podem ser instalados em edifica es novas ou antigas No entanto pa
45. ia mensal de opera o h do sistema que consome ener gia t rmica e Calcule o potencial de economia de energia E utilizando a seguinte express o E R x h kcal m s e O potencial energia t rmica economizada expressa em quantidade de combus t vel determinado por em que E economia mensal de combust vel em kg m s ou litros m s E potencial de economia em kcal m s PCS poder calor fico superior do combust vel em kcal kg ou kcal litro e Sea energia t rmica for proveniente da energia el trica o potencial de economia ser expresso em kWh m s FE O 860 em que EE economia mensal de energia el trica em kWh m s 860 equivalente mec nico para convers o de kcal para kWh A aplicabilidade do redimensionamento do isolamento t rmico fundamentalmen te uma decis o econ mica A princ pio o investimento feito dever ser compensado pela economia no consumo dos insumos energ ticos combust vel ou energia el trica Cada situa o deve ser analisada separadamente uma vez que n o h regra geral para recomenda o de um tipo ou de outro de isolamento t rmico 67 ER TE A E 6 COGERA O A cogera o definida como o processo de transforma o de energia t rmica de um combust vel em mais de uma forma de energia til As formas de energia til mais frequentes s o a energia mec nica e a t rmica A energia mec nica pode ser uti
46. ica Caixa d gua Respiro suspira Reservat rio ir E Alimenta o QUE dos de gua fria coletores Registro Registro Tubula o de cobre Registro 4 Alimenta o dos coletores solares Coletores solares Registro de dreno dos coletores J Consumo J No caso de circula o natural um dos itens mais importantes a diferen a de altura entre os coletores solares e o reservat rio t rmico que deve ser colocado acima de les Essa diferen a que provoca a circula o de gua pelos tubos retirando rapida mente o calor gerado pelo sol no coletor solar Um fabricante criterioso apresentar com clareza os limites m nimos aceit veis de altura SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor f Economia de energia el trica utilizando aquecedores solares Um equipamento bem dimensionado economiza em um ano cerca de 80 da energia que seria necess ria para efetuar o mesmo aquecimento por meio da eletricidade Al m da economia de energia el trica h um aumento expres sivo no conforto com maior vaz o nos chuveiros e maior disponibilidade de gua quente O aquecimento solar pode ser aplicado em ind strias e empresas comerciais para aquecer a gua de banhos e de coc o em limpeza geral e para preaquecer guas de processo Em hot is clubes e escolas utilizando um aquecedor mais simplificado sem cobertura de vidro para aquecer piscinas A diferen a e
47. idade de carga 34 a 1 500 kg e pot ncia 15 a 20 000 kW e Rendimentos t picos e capacidade de carga 20 a 40 000 kg de ferro e fus o de metais sem recircula o for ada da atmosfera do forno 40 a 60 e rendimento 55 a 70 e fus o de metais com recircula o for ada da atmosfera do forno 65 a 75 c Fornos a arco el trico O forno a arco utilizado para fundir qualquer tipo de metal Seu funcionamen e tratamento t rmico 60 a 70 to ruidoso e poluente O calor gerado a partir dos arcos el tricos formados entre os eletrodos e a carga ou ent o entre eletrodos O arco el trico formado na presen a de um g s normalmente o ar Os tipos principais s o arco direto arco indireto arco submerso e os de eletrodo consum vel 41 48 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica Nos fornos de arco direto o arco formado entre os eletrodos e a carga Antiga mente eram alimentados por alta tens o Hoje existem os denominados de UHP Ultra High Power alimentados por baixa tens o arcos curtos Nos fornos de arco indireto o calor transmitido ao meio por irradia o gerado pelo arco de dois ou tr s eletrodos Os eletrodos fundem a carga mas n o mergulham nela O processo est vel embora apresente um elevado consumo energ tico Nos fornos de arco submerso os eletrodos ficam submersos dentro da carga Na maioria das vezes s o utilizados na redu o de xidos Nos fornos de eletr
48. iental etc A figura a seguir mostra uma instala o de cogera o na qual uma turbina a g s aciona um gerador que produz energia el trica que por sua vez alimenta a f brica que hospeda a Instala o Os gases quentes da sa da da turbina produzem vapor em uma caldeira de recupera o que alimenta a f brica com essa utilidade C mara de combust o Compressor F brica D Energia el trica TR vv Condensada 7 Caldeira recupera o 6 4 3 Gera o el trica com ciclo combinado O ciclo combinado o processo de produ o de energia el trica que utiliza turbinas a g s e turbinas a vapor O combust vel queimado em uma turbina a g s e a energia contida nos gases de exaust o produz vapor em uma caldeira de recupera o Ent o esse vapor aciona uma turbina a vapor de condensa o Tanto a turbina a g s quanto a turbina a vapor acionam geradores para produ o de energia el trica nica forma de energia til retirada do sistema Esse ciclo prioriza a efici ncia de convers o da energia do combust vel para a energia el trica As grandes instala es em ciclo combinado atingem atualmente efici ncias superiores a 55 C mara de combust o Gases de escape p Vapor Gerador 1 Ar gua Gerador 2 Condensador Bomba de alimenta o 93 94 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 6 4 4 Cogera o com ciclo combinado
49. ismos de transfe r ncia de calor ao mesmo tempo Nos problemas da engenharia quando um dos mecanismos domina quantitativamente solu es aproximadas podem ser obtidas desprezando se todos exceto o mecanismo dominante Entretanto deve ficar en tendido que varia es nas condi es do problema podem fazer com que um meca nismo desprezado se torne importante A garrafa t rmica um exemplo de um sistema no qual ocorrem ao mesmo tempo v rios mecanismos de transfer ncia de calor Nesse caso podemos ter a atua o conjunta dos seguintes mecanismos q q Espa o com ar Ar ambiente Caf quente Na d Capa pl stica Frasco Capa Vizinhan as pl stico pl stica Espa o com ar Frasco pl stico q1 convec o natural entre o caf e a parede do frasco pl stico q2 condu o atrav s da parede do frasco pl stico q3 convec o natural do frasco para o ar q4 convec o natural do ar para a capa pl stica q5 radia o entre as superf cies externa do frasco e interna da capa pl stica q6 condu o atrav s da capa pl stica q7 convec o natural da capa pl stica para o ar ambiente q8 radia o entre a superf cie externa da capa e as vizinhan as SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 2 1 5 Combust veis O combust vel um material cuja queima utilizada para produzir calor energia ou luz A queima ou combust o uma rea o qu mica na qual os consti
50. lizada diretamente no acionamento de equipamentos ou para a gera o de energia el trica A energia t rmica utilizada diretamente no atendimento das necessidades de calor para processos ou indiretamente na produ o de vapor ou na produ o de frio A cogera o tem por objetivo o melhor aproveitamento dos insumos energ ticos para se obter um balan o de massa energ tica mais eficiente utilizando para isso mais de um processo de recupera o de energia 69 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Para que seja vi vel a implanta o de cogera o em uma ind stria necess rio que 6 1 Principais atrativos da cogera o e a ind stria seja consumidora das diferentes formas de energia cogerada energia na ind stria mec nica ou el trica e de calor ou frio Sendo vi vel a implanta o do empreendimento a cogera o pode apresentar para e o custo da energia cogerada seja inferior soma dos insumos energ ticos adqui o usu rio e para o meio ambiente os atrativos a seguir ridos energia el trica mais combust vel a Para o usu rio da cogera o e existam garantias de suprimento de combust vel e Independ ncia total ou parcial do sistema da concession ria de energia el trica e N o ocorram restri es ambientais implanta o do empreendimento e Dependendo do processo de cogera o pode haver maior flexibilidade na esco lha de insumos combust
51. m atender s suas necessidades e que sejam economicamente vi veis e tecnologicamente eficientes A utiliza o do vapor no processo de produ o teve inicio na Revolu o Industrial no s culo XVIII A Inglaterra por possuir grandes reservas de carv o mineral foi pio neira na produ o de energia a partir desse mineral com os atributos das m quinas a vapor e da industrializa o regional o vapor logo foi utilizado em larga escala no setor industrial e de transportes Hoje a efici ncia energ tica se coloca como uma importante alternativa para oti mizar o uso das fontes de energia a utiliza o eficiente de energia t rmica em fornos e caldeiras al m de promover a redu o dos custos operacionais e apre sentar um significativo ganho ambiental Sendo assim na medida em que dis ponibilizado mais um instrumento til na busca da redu o de custos e tamb m do aumento da competitividade estamos de certa forma contribuindo para o desenvolvimento sustent vel Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 2 1 Conceitos da termodin mica Termodin mica uma rea da f sica que trata da rela o entre o calor e as outras formas de energia A energia pode ser transferida por meio de intera es entre o sistema e sua vizinhan a Essas intera es s o denominadas calor 2 1 1 Calor e temperatura S o dois conceitos bastante diferentes e que muitas
52. ndependentemente de ser autossuficiente ou n o haver necessidade de ser prever um back up de energia el trica Para isso deve se contratar reserva de capacidade com a con 6 7 O potencial de cogera o cession ria local ou com o sistema de transmiss o Esse contrato e seus custos s o regulados pela ANEEL A compra da energia el trica pode ser contratada A determina o do potencial de cogera o associada a um processo industrial ou a uma com terceiros com a concession ria local de distribui o de energia el trica ou instala o comercial envolve um conjunto de provid ncias das quais as principais s o adquirida no mercado e an lise e balan o de massa e de energia dos requisitos de energia t rmica nas Para que o projeto possa ser vi vel fundamental assegurar garantias de suprimento suas diferentes modalidades acionamentos energia el trica nas condi es atu de combust vel de mercado de qualidade t cnica de opera o e de manuten o ais e no horizonte de vida til do projeto Normalmente as receitas desses projetos s o a garantia do pr prio financiamento 99 100 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 6 8 As receitas da cogera o As receitas da cogera o s o as resultantes da venda da energia cogerada energia el trica vapor frio calor e eventualmente outras utilidades como gua tratada ar comprimido etc Dependendo da personalidade jur dica do cogerador a
53. ntados
54. ntre equipamentos residenciais e industriais refere se ao porte da instala o As caracter sticas construtivas e as quest es de orienta o e de instala o mant m se Por m devido ao porte instala es industriais devem ser providas de circula o for ada com bombas e reservat rios de maior porte Recomenda se a contrata o de projetistas ou consultores especialistas para dimensionar e acompanhar a instala o bem como o uso de equipamentos placas e motores certificados com o selo Procel 59 60 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 5 3 Isolamento t rmico Os sistemas que produzem transportam ou utilizam energia t rmica calor ou frio apresentam perdas de calor em decorr ncia dos fen menos f sicos de condu o convec o e radia o como definido anteriormente Nas aplica es industriais mais comuns a maior parte das perdas ocorre na condu o do calor atrav s das paredes dos equipamentos tubula es e acess rios Por isso somente esses tipos de perda ser o abordados aqui Aplica se isolamento t rmico a equipamentos tubula es e acess rios para reduzir as perdas de calor manter as temperaturas requeridas nos processos e para fins de segu ran a pessoal Em geral face s economias que representa a efici ncia do isolamento um item importante na redu o dos custos da energia t rmica e da el trica se for este o insumo para produ o do calor Em geral os custos de melhoria do
55. o da mat ria org nica de forma anaer bica sem a presen a de ar oriunda de quantidades extraordin rias de microrganismos que em eras pr hist ricas se acumulavam nas guas litor neas dos mares Essa mat ria org nica foi soterrada a grandes profundidades e por isso sua degrada o se deu fora do contato com o ar a grandes temperaturas e sob fortes press es Os usos hoje desse g s como fonte de combust vel est o entre os mais variados devido ao seu alto poder calor fico e sua ampla gama de aplica es fog es motores de carros etc G s liquefeito de petr leo GLP uma mistura de gases de hidrocarbonetos utilizado como combust vel em aplica es de aquecimento como em fog es e ve culos O GLP a mistura de gases condens veis presentes no g s natural ou dissolvidos no petr leo Os componentes do GLP embora temperatura e pres 2 SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor s o ambientais sejam gases s o f ceis de condensar Na pr tica pode se dizer que o GLP uma mistura dos gases propano e butano um dos subprodutos do petr leo como a gasolina o diesel e os leos lubrificantes sendo retirado dele por meio do refino em uma refinaria de petr leo Torna se liquefeito apenas quando armazenado em bilhas botij es ou tanques de a o sob press es o que facilita sua distribui o e movimenta o 1 7 Propriedade dos combust veis Para se ter uma correta utiliza o do
56. o de absor o Eles se subdividem em dois tipos e Chiller de absor o de queima direta nestes sistemas o calor necess rio ao pro cesso obtido queimando diretamente um combust vel tipicamente g s natural e Chiller de absor o de queima indireta nestes sistemas o calor necess rio fornecido na forma de vapor de baixa press o gua quente ou de um processo de vapor quente Os chillers de absor o s o muitas vezes integrados em sistemas de cogera o de forma a permitir o aproveitamento do calor que de outra forma seria desperdi ado O chiller de absor o de queima indireta utilizando gua quente como fonte de calor representa o tipo mais apropriado para a integra o com sistemas de microcogera o j que estes produzem gua quente com temperaturas adequadas ao chiller Existem essencialmente dois tipos distintos de chillers de absor o de queima indireta e Sistema no qual o absorvente o amon aco esse sistema representa um investi mento relativamente elevado sendo em geral aplicado apenas em instala es de grande capacidade e Sistema em que o absorvente o brometo de l tio representa o sistema mais uti lizado nos casos de integra o com sistemas de microcogera o devido a uma melhor rela o entre o seu custo e a sua efici ncia energ tica Os principais componentes de um chiller de absor o e sua fun o s o os seguintes 1 Evaporador local onde aquecida a gua
57. odo consum vel o eletrodo fabricado com o pr prio material a se fundir Funciona sob v cuo e o arco alimentado por corrente cont nua Caracter sticas t cnicas e pot ncia at 90 MVA e capacidade de carga at 230 t lt Eletrodos e rendimento 40 a 70 Carga de metal a ser fundido Metal fundido SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor Medidas para efici ncia energ tica a Em fornos el tricos e Otimizar o carregamento introdu o de volumes pesos de material ajustando o capacidade nominal dos fornos e Manter os menores intervalos poss veis de interrup o do processo para um me lhor aproveitamento do calor gerado internamente e Manter os refrat rios em boas condi es operacionais objetivando a redu o das perdas t rmicas para o ambiente b Em fornos a resist ncia e Realizar o controle adequado de programas de pot ncia buscando regular gra dualmente as temperaturas internas e os tempos de processamento em fun o das necessidades efetivas do material processado c Em fornos de indu o eletromagn tica e a arco e Elaborar e otimizar continuamente programas de pot ncia buscando regular gradualmente as correntes de fus o e seus tempos de circula o em fun o do comportamento do material fundido d Em fornos a arco e Realizar o controle de vaz o de gua do sistema de refrigera o atuando sobre os motores das bombas e Realizar o contr
58. ojeto e o desempenho de trocadores com base na crescente preocupa o pela conserva o de energia Os trocadores de calor dos tipos g s l quido g s g s e l quido l quido s o am plamente utilizados em instala es t rmicas industriais em geral e de cogera o em particular SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 6 2 7 4 Equipamentos auxiliares S o todos os equipamentos necess rios para completar as instala es de cogera o tais como motores auxiliares sistemas de tratamento de gua e efluentes ar comprimido etc 6 2 7 5 Alternador Os alternadores s o acionados por motores ou por turbinas a g s ou a vapor De acordo com a velocidade da m quina motora pode ser necess rio utilizar redu tores de velocidade 6 2 7 6 Gerador el trico um dispositivo utilizado para a convers o da energia mec nica qu mica ou outra forma de energia em energia el trica Os geradores el tricos s o aparelhos que con vertem energia o nome gerador el trico sugere um conceito errado pois a energia n o gerada e sim convertida Os geradores el tricos s o dispositivos que mant m entre seus terminais uma diferen a de potencial H v rios tipos de geradores e geradores eletroqu micos pilhas baterias etc e geradores eletrodin micos d namos e alternadores e geradores termoel tricos onde dois metais diferentes recebem calor e geram tens o em seus terminais 8 88 Manuais
59. ole de suc o do sistema de despoeiramento durante os tempos de parada do forno atuando sobre os motores dos exaustores e Processar cargas bem elaboradas com teor de carbono adequado e Regular adequadamente o sopro de oxig nio 49 50 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 4 2 Fornos a combustivel Os fornos a combust vel possuem um ou v rios equipamentos para efetuar a com bust o do leo combust vel ou g s Tais equipamentos s o denominados de com bustores ou queimadores Em torno do s queimador es constru da a c mara do forno onde o calor ser cedido ao material de processo a o xidos etc A c mara dever ser protegida com camadas de materiais refrat rios e isolantes t rmicos para reduzir as perdas de calor pelas paredes Existem v rios tipos de fornos desde os mais simples como os fornos de queimar cer mica vermelha at os grandes fornos de tratamento t rmico controlados ele tronicamente O rendimento t rmico desses fornos varia de 30 a 70 As maiores economias de energia decorrem dos seguintes procedimentos e melhoria do isolamento t rmico e melhoria nas veda es das portas de carga e descarga e redu o da temperatura dos gases de exaust o na chamin Recomenda es para fornos e estufas e Manter as portas frontais dos compartimentos do forno sempre vedadas e fecha das durante as fornadas SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor
60. ome a somat ria desses valores BACO DE WREDE Para avaliar o potencial de economia que poder ser obtido com o redimensiona mento do isolamento t rmico para instala es que necessitam de um isolamento t rmico adequado ou mesmo que n o possuam isolamento usamos o baco de Wrede p gina seguinte que apresenta a perda de calor q Nota O baco de Wrede pode ser utilizado quando a temperatura ambiente est em torno de 20 C e quando as paredes n o sofrem a o de ventos re lativamente fortes 64 Perdas de calor para tubula es em kcal m h ou superf cies em kcal m h 100 150 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 13000 Perdas de calor em tubula es e superf cies Diferen a de temperatura em C 60 80 100 120 140 160 180 0 220 4 O O o oO o O OQO o o N do o O N AN m m m m o Y t 420 430 WAAAAAAL S S S S i OOS S T S S S S S e f OONA AANA i aa Up ala laan Lae ilaa li MAMA o EEE E O E RT DE DE EEE AMA A Do ses pes e ee eo o e e AMAM AD FE GE O DR RP MA NAMANAANN NO E DS E E E ER ENE ERES MA NANA NA EE FE EEE ER MES SS ES RR E RR ES ANA NNE N Eu SER SEE us pipa AMANDO FE o O DO E O E RS E RR AMAVA VAU TO o o VE SR e A MAMMA NANA DT FREE SS SS O PS PR E E E ES E MAMMA AE e E E E E ES it ANNAN AAA AN CSS E E E SS E E Ega MAMONA AV 4a TT ESSA
61. or de gua gerado em um sistema de caldeiras sob press o e altas temperaturas na turbi na por um injetor que sob um determinado ngulo nas rodas das turbinas faz com que o equipamento crie energia cin tica e produza energia el trica 6 2 4 Turbinas a g s As turbinas a g s s o equipamentos constitu dos por compressor c mara de combust o e turbina de expans o Essa configura o forma um ciclo termodin mico a g s cujo modelo ideal denomina se Ciclo Brayton concebido por George Brayton em 1870 O ar comprimido injetado na c mara de combust o fornecendo o oxig nio para a queima do combust vel Essa rea o exot rmica alta press o transfere a energia qu mica do combust vel para os gases elevando sua temperatura O g s resultante expandido na turbina de onde se extrai a energia mec nica para que o compressor e a carga acoplada ao eixo sejam acionados Nas turbinas usadas em avi es a jato os gases quentes s o exauridos atrav s de bocais que transformam a energia dos gases em empuxo Descrevemos a seguir o funcionamento de cada uma das partes de uma turbina a Compressor absorve o ar necess rio combust o e o comprime reduzindo significativamente seu volume b Combustor aqui esse ar misturado ao combust vel normalmente g s natural ou leo diesel entra em combust o e a mistura sofre uma expans o de volume a press o constante isob rica T1 78 Manuais ELEKTRO de
62. pessoas acreditam se tratar da mesma coisa No entanto o entendimento desses dois conceitos necess rio para o estudo da termodin mica Tamb m chamada de termof sica a termologia um ramo da f sica que estuda as rela es de troca de calor e manifesta es de qualquer tipo de energia que capaz de produzir aquecimento resfriamento ou mudan as de estado f sico dos corpos quando eles ganham ou cedem calor Temperatura a grandeza f sica associada ao estado de movimento ou agita o das part culas que comp em os corpos Calor definido como sendo energia t rmica em tr nsito e que flui de um corpo para outro em raz o da diferen a de temperatura existente entre eles Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor a Calor espec fico consiste na quantidade de calor que necess ria fornecer unidade de massa de uma subst ncia para elevar a sua temperatura em um grau e se expressa em calorias por grama e por grau Isso se reflete na capacidade de um determinado corpo de receber ou rejeitar calor Calor espec fico de algumas subst ncias b Calor sens vel determina a quantidade de calor que uma unidade de massa preci sa perder ou ganhar para que aconte a uma redu o ou eleva o de uma unidade de temperatura sem contudo alterar sua estrutura Assim se o corpo s lido continua s lido se l quido continua l quido e se gasoso continu
63. petr leo petroleum coke ou petcoke um combust vel f ssil s lido derivado do petr leo de cor preta e forma aproximadamente granular ou tipo agulha e que se obt m como subproduto da destila o do petr leo num processo designado como cracking t rmico Esse produto representa cerca de 5 a 10 do petr leo total que entra na refinaria Como combust vel suas caracter s ticas adv m de sua f cil libera o de energia t rmica no processo de combust o e Baga o de cana um dos subprodutos da ind stria da cana assim como a saca rose e a palha constitu do por celulose hemicelulose e lignina Atualmente o baga o gerado na usina consumido para produ o de energia por meio da co gera o A maioria das usinas de produ o de cana utiliza o baga o para produ o pr pria de energia O baga o pode servir tamb m como mat ria prima para a produ o de etanol outro tipo de combust vel que pode ser comercializado Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 2 1 5 2 Combust vel l quido O combust vel l quido tem certas vantagens em compara o com os s lidos como po der calor fico elevado maior facilidade e economia de armazenagem e f cil controle de consumo Quase todos os combust veis l quidos s o obtidos a partir do petr leo a b Gasolina um combust vel constitu do basicamente por hidrocarbonetos e em menor quantidade por produtos oxigenados Esses hidroc
64. podem apresentar desperd cios e elevadas perdas de energia se n o forem adequadamente dimensionados e se a sua opera o e manuten o n o forem praticadas de acordo com certos crit rios e cuidados As caldeiras s o muito utilizadas na ind stria e em geral o custo dos combust veis representa uma parcela significativa da conta dos insumos energ ticos As insta la es das caldeiras e de seus sistemas associados devem ser abordadas em todo programa de conserva o e uso racional de energia Quase sempre s o detecta das oportunidades de redu o de consumo de energia e melhorias de processos industriais que podem contribuir para a redu o dos custos de produ o 27 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 3 1 Caldeiras el tricas superaquecedor tubula o de vapor As caldeiras el tricas foram muito utilizadas durante a d cada de 1980 em que havia excesso de oferta de energia el trica de origem hidr ulica quando foram estabeleci dos incentivos tarif rios para seu uso S o equipamentos de concep o bastante sim ples compostos basicamente de um vaso de press o no qual a gua aquecida por economizador eletrodos ou resist ncias S o f ceis de usar e de automatizar A efici ncia da transfor fornalha ma o da energia el trica em vapor sempre muita elevada da ordem 95 a 98 e em casos especiais como caldeiras de alto rendimento
65. r incluindo aplica es em processos de aquecimento movimenta o mec nica produ o de rea es qu micas limpeza esteriliza o e fracionamento de componentes de hidrocarboneto em misturas Os equipamentos mais comuns de sistema de uso final de vapor s o trocadores de calor turbinas torres de fracionamento e tanques de rea o qu mica Em um trocador de calor o vapor transfere seu calor latente a um l quido de pro cesso O vapor mantido no trocador de calor por um purgador de vapor at que se condense Nesse ponto o purgador deixa passar o condensado para a linha de drenagem de condensado ou sistema do retorno de condensado Em uma turbina o vapor transforma sua energia t rmica em trabalho mec nico para acionar m qui nas rotativas tals como bombas compressores ou geradores el tricos Em torres de fracionamento o vapor facilita a separa o de v rios componentes de um l quido 25 3 CALDEIRAS Caldeira o nome popular dado aos equipamentos geradores de vapor cuja aplica o tem sido ampla no meio industrial e tamb m na gera o de energia el trica nas chamadas centrais termel tricas Portanto as atividades que necessitam de vapor para seu funcionamento t m como componente essencial para sua gera o a caldeira As caldeiras industriais empregadas na produ o de vapor de gua ou no aqueci mento de fluidos t rmicos e os sistemas associados de condu o e transfer ncia de calor
66. ra possibilitar uma instala o sem problemas t cnicos e a custos menores importante que os coletores solares sejam previstos na fase inicial do projeto da instala o ou planta O custo da aplica o desses equipamentos em edif cios de apartamentos ou vesti rios mantidas as vaz es e os n veis de conforto inferior ao dos sistemas convencionais normalmente utilizados Isso significa que o custo do material el trico necess rio para as instala es de chuveiros ou aquecedores el tricos superior ao custo total de uma instala o de aquecimento solar A utiliza o desse equipamento em pr dios de habita o coletiva ou locais com grande concentra o de banhos como vesti rios de empresas principal mente naquelas em que os banhos ocorrem no hor rio de ponta portanto mostra ser economicamente vi vel na fase de projeto O pre o do aparelho solar geralmente inclui o transporte a instala o a orienta o t cnica e ou tros servi os a maioria deles n o inclu dos no pre o dos equipamentos que ele substitui aquecedores SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor e Cuidados com a instala o Essa sem d vida a recomenda o mais importante A qualidade da instala o dos aquecedores solares primordial pois um bom equipamento pode ter seu funcionamento comprometido por uma instala o mal executada H necessi dade de tubula o hidr ulica de distribui o dupla uma para gua f
67. rela o massa total da amostra em an lise Essa an lise utilizada para determinar caracter sticas de tipos de combust veis s lidos como carv o e baga o de cana Umidade indica que porcentagem de gua est contida nos combust veis uma das principais caracter sticas do carv o mineral e da lenha e determina a qualidade do combust vel 1 8 Combust o Combust o ou queima uma rea o qu mica exot rmica ou seja que libera calor en tre uma subst ncia o combust vel e um g s o comburente geralmente o oxig nio Em uma combust o completa um combust vel reage com um comburente e como resultado se obt m compostos resultantes da uni o de ambos al m de energia 2 1 8 1 Tipos de combust o Dentro do processo de combust o estas podem ser qualificadas como completas e incompletas a Combust o completa o reagente ir queimar no oxig nio produzindo um n mero limitado de produtos Quando um combust vel queima no oxig nio a rea o gera apenas di xido de carbono CO e gua Quando elementos como carbono nitrog nio enxofre e ferro s o queimados os resultados ser o os xi dos mais comuns Carbono ir gerar di xido de carbono Nitrog nio ir gerar b SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor di xido de nitrog nio NO Enxofre ir gerar di xido de enxofre SO Ferro ir gerar xido de ferro Ill Fe 0 A combust o completa normalmente imposs
68. ria e outra para gua quente Esta ltima poder ser executada em princ pio com qualquer material resistente ao calor como a o galvanizado cobre CPVC e polipropileno A diferen a entre esses materiais est na vida til na resist ncia mec nica e no pre o pois pouca ou quase nenhuma influ ncia ter o no desempenho do aparelho requerendo cada um deles uma tecnologia de aplica o diferente As dist ncias a serem percorridas pela gua quente no caso de aquecedores solares s o normal mente superiores s dos aquecedores el tricos N o se deve portanto exagerar no di metro das tubula es pois cada vez que se abrir a torneira ter de passar muita gua resfriada na tubula o para a chegada da gua quente causando consumo virtual de gua al m do desconforto da espera O problema de resfriamento da gua na tubula o pode ser diminu do isolan do se as redes por meio de l de vidro rocha ou vermiculita expandida com cimento em tra o de 6 1 nas paredes Essas redes de distribui o poder o ser efetuadas por um instalador Entretanto deve se solicitar orienta o ao fabricante do aquecedor solar H quesitos t cnicos de extrema import ncia que dever o ser verificados por pessoa competente por ocasi o da compra no local da instala o ou durante a an lise dos projetos imprescind vel prever a orienta o de um t cnico competente 57 58 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ t
69. s combust veis necess rio ter uma correta conceitua o e interpreta o de algumas de suas caracter sticas a b c Viscosidade uma propriedade caracter stica dos l quidos que se caracteriza pela medida da resist ncia ao escoamento que um flu do oferece quando se encontra sujeito a um esfor o tangencial sendo este vari vel de acordo com a temperatura medida que a temperatura aumenta a viscosidade de determi nado flu do diminui facilitando o seu escoamento Ponto de fluidez a menor temperatura em que o combust vel ainda escoa Este ponto uma medida importante para a determina o das caracter sticas de armazenagem e de transporte do combust vel na instala o N o h uma rela o direta entre o ponto de fluidez e a viscosidade do leo combust vel Ponto de fulgor temperatura em que o leo desprende vapores que em con tato com o oxig nio presente no ar podem entrar em combust o moment nea na presen a de uma fonte de calor O ponto de fulgor n o tem rela o direta no desempenho do combust vel mas um valor m nimo estabelecido para garantir a seguran a no armazenamento e manuseio do produto 21 22 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica d Granulometria ou an lise granulom trica dos materiais o processo que visa e 2 definir para determinadas faixas preestabelecidas de tamanho de gr os a por centagem em peso que cada fra o possui em
70. s condi es de temperatura e press o requeri das para o processo que utiliza este calor til Geralmente o fluido devolvido cal deira no estado de condensado para reinicializar o ciclo de transfer ncia de energia Esse ciclo de cogera e o Chamin o permite a utiliza o de combust veis mais baratos como Gerador res duos industriais carv o lenha baga 9 Combust vel o de cana etc mui tas vezes Os nicos dispon veis no local Fabrica 91 92 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 6 4 2 Ciclo de cogera o com turbinas a g s 6 4 2 1 Energia na exaust o das turbinas a g s Na sa da da turbina a g s os gases de exaust o apresentam ainda uma temperatura relativamente elevada da ordem de 380 C a 600 C Esses gases possuem um alto conte do energ tico da ordem de 50 a 70 da energia contida no combust vel A cogera o se baseia no aproveitamento de parte dessa energia t rmica Dependen do das caracter sticas da carga t rmica o aproveitamento pode ser maior ou menor Os processos que utilizam temperaturas mais baixas podem aproveitar mais energia residual dos gases de exaust o Os usos mais frequentes para essa energia s o a utili za o dos gases quentes para secagem a gera o de vapor por meio de uma caldeira de recupera o o aquecimento de fluido t rmico o condicionamento amb
71. s para press es reduzidas Ainda muito utili zada em raz o do seu baixo valor de investimento se comparado com as caldeiras aquatubulares e da facilidade de manuten o Utiliza qualquer tipo de combust vel l quido s lido ou gasoso muito comum o seu uso com leo e g s feixe tubular queimador 33 34 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 3 3 Estruturas de uma caldeira A caldeira constitu da por tr s partes principais e c mara de combust o ou fornalha onde o combust vel queimado e c mara de gua que cont m a gua a ser aquecida e c mara de vapor situada acima do n vel da gua e que recebe o vapor formado As caldeiras eficientes geralmente s o de tr s passes isto os gases quentes s o obrigados a cruzar tr s vezes o feixe de tubos que conduz a gua a ser aquecida A distribui o de fluxo se d na c mara de revers o na qual a temperatura dos gases atinge valores pr ximos a 1 000 C Atualmente d se prefer ncia para as caldeiras conhecidas como de fundo mi do isto nas quais a c mara de revers o montada no interior do corpo da caldeira Essa disposi o aumenta a efici ncia da caldeira embora seu custo inicial seja mais elevado Devido ao maior volume de gua que envolve os tubos sua par tida mais lenta do que nas caldeiras aquatubulares A limpeza dos tubos exige a parada da caldeira e deve ser executada anualmente Sua expectati
72. sa rea o passou a ser utilizada para gerar energia e movimentar m quinas e motores de grande porte conhecidos como motores do ciclo diesel Biodiesel derivado de lip dios org nicos renov veis como leos vegetais e gorduras animais para utiliza o em motores de igni o por compress o diesel produzido por transesterifica o e tamb m um combust vel biodegrad vel al 20 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 2 ternativo ao diesel de petr leo criado a partir de fontes renov veis de energia livre de enxofre em sua composi o obtido a partir de leos vegetais como o de girassol nabo forrageiro algod o mamona soja 1 6 Combust veis gasosos Os combust veis gasosos apresentam certas vantagens em rela o aos combust veis s lidos como permitir a elimina o de fuma a e cinzas melhor controle de tempe ratura e comprimento das chamas a b G s natural uma mistura de hidrocarbonetos leves encontrada no subsolo na qual o metano tem uma participa o superior a 70 em volume A composi o do g s natural pode variar bastante dependendo de fatores relativos ao campo em que O g s produzido processo de produ o condicionamento processamento e trans porte O g s natural encontrado no subsolo por acumula es em rochas porosas isoladas do exterior por rochas imperme veis associadas ou n o a dep sitos petro l feros o resultado da degrada
73. tato Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor direto Esse mecanismo pode ser visualizado como a transfer ncia de energia de As suas caracter sticas s o part culas mais energ ticas para part culas menos energ ticas de uma subst ncia e todos os corpos com temperatura acima do zero absoluto emitem continuamen devido a intera es entre elas Esse tipo de transfer ncia ocorre por exemplo te radia o t rmica quando algu m segura uma barra de ferro no fogo Logo a pessoa que est se gurando a barra notar o aumento de temperatura e as intensidades das emiss es dependem somente da temperatura e da natureza da superf cie emitente b Convec o processo pelo qual a energia transferida das por es quentes para as por es frias de um fluido atrav s da a o combinada de condu o e a radia o t rmica viaja na velocidade da luz 300 000 km s de calor armazenamento de energia e movimento de mistura Esse tipo de transfer ncia ocorre devido s diferen as de densidades das partes quentes e frias das subst ncias envolvidas Um exemplo bastante conhecido de convec o natural o aquecimento de gua em uma panela dom stica Nesse caso o mo vimento das mol culas de gua pode ser observado visualmente 1 4 Convec o m du calor proveniente c Radia o pode ser definida como o processo pelo qual o calor transferido de P da chama
74. tica Os sistemas de vapor s o de grande import ncia industrial em processos que neces sitam de uma fonte de energia t rmica Na gera o e na utiliza o do vapor ocorrem mudan as de fase tanto na vaporiza o quanto na condensa o o que causa grandes varia es de volume resultando em um elevado coeficiente de transfer ncia t rmica que somado alta densidade energ tica calor latente do vapor produz elevadas taxas de transfer ncia de calor por unidade de rea Portanto o vapor conjuga de forma muito interessante baixo pre o dependendo do combust vel alta densidade energ tica e elevada taxa de transfer ncia de energia 2 1 9 Sistemas de gera o de vapor O vapor gerado em uma caldeira ou em um gerador de vapor pela transfer ncia do calor dos gases quentes para a gua Quando a gua absorve quantidade suficiente de calor muda da fase l quida para a de vapor A energia para gerar o vapor pode ser ob tida da combust o de combust veis ou da recupera o de calor residual de processo Na caldeira a transfer ncia de calor entre os gases quentes e a gua efetuada nas superf cies de troca t rmica geralmente um conjunto de tubos Ap s a gera o do vapor o efeito da press o faz o vapor fluir da caldeira para o sistema de distribui o SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 2 1 10 Sistemas de uso final de vapor H diferentes aplica es de uso final para o vapo
75. tuintes do combust vel se combinam com o oxig nio do ar Para Iniciar a queima de um combust vel necess rio que ele atinja uma temperatura definida chamada de temperatura de igni o O poder calor fico de um combust vel dado pelo n mero de calorias desprendido em sua queima Os combust veis s o classificados segundo o estado em que se apresen tam s lido l quido ou gasoso Al m dos produtos naturais existem os artificiais Tipos de combust veis S lido Lenha turfa Coque briquetes carv o vegetal carv o xisto tortas vegetais Ea f Produtos da destila o de petr leo de L quido Petr leo EE l n am alcatr o lcool gasolina sint tica Hidrog nio acetileno propano butano g s de Gasoso G s natural J o J ilumina o g s de gasog nio g s de alto forno Do total de energia consumida pelas ind strias cerca de 53 s o provenientes de combust veis o restante da demanda suprida com energia el trica Antigamente os combust veis mais utilizados eram os s lidos no entanto eles perderam sua po si o para os outros com o advento do petr leo Com os avan os tecnol gicos a utiliza o e o transporte t m facilitado o uso dos combust veis l quidos e gasosos sendo estes os mais eficientes em queima e produ o de energia Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 2 1 5 1 Combust vel s lido Os principais combust veis s lidos naturais s o a madeira e os prod
76. tura m xima de exaust o ser limitada temperatura de forma o de cido sulf rico S o comuns caldeiras flamotubulares com temperaturas na chamin da ordem de 200 C J as caldeiras aquatubulares normalmente n o alcan am essa temperatura Muitas vezes poss vel reaproveitar o calor perdido na chamin com a instala o de preaquecedores de gua economizadores Com essa instala o pode se poupar em m dia cerca de 1 de combust vel para cada 6 C de aumento da temperatura SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor da gua de alimenta o da caldeira Com a instala o de preaquecedores de ar de combust o obt m se em m dia 1 de economia de combust vel para cada 22 C de aumento da temperatura do ar A tiragem dos gases da chamin outro fator que merece aten o Obt m se quei ma constante quando a tiragem na chamin permanece constante Se a tiragem for insuficiente os gases de combust o demoram a deixar a c mara de combust o e podem surgir pulsa es Se a tiragem for excessiva a c mara ser resfriada e o ar rouba energia sem prover a troca de calor com a gua a ser evaporada e os gases de sa da aumentam a sua temperatura importante dispor de equipamentos que permitam monitorar a opera o da caldeira e a atua o sobre os par metros da combust o Essa atua o proporciona maior efici ncia da caldeira Devem ser utilizados os seguintes equipamentos de controle
77. utos de sua de composi o natural turfa e carv o Para que um s lido possa ter valor como com bust vel necess rio que tenha um poder calor fico muito elevado e queime com facilidade com ou sem chama a b Madeira lenha um dos combust veis mais antigos utilizado at os dias de hoje em diversos pa ses para variados usos composto basicamente por celulo se resinas gua e sais minerais Sua principal utiliza o ocorre na transforma o da lenha em carv o vegetal e na gera o de energia el trica Carv o mineral a segunda fonte de energia mais utilizada do mundo de pois do petr leo sendo respons vel por 23 3 da energia consumida no mun do em 2003 e por 6 6 da energia consumida no Brasil O carv o mineral um combust vel f ssil muito antigo formado h cerca de 400 milh es de anos Come ou a ter grande import ncia para a economia mundial a partir da Primeira Revolu o Industrial na Inglaterra s culo XIX quando a m quina a vapor passou a ser utilizada na produ o manufatureira O carv o mineral uma rocha sedimentar combust vel formada a partir do soterramento da compacta o e da eleva o de temperatura em dep sitos org nicos de vege tais celulose Com o passar do tempo a mat ria org nica se transforma em turfa linhito hulha e antracito sucessivamente A principal diferen a entre eles a porcentagem de carbono a madeira possui cerca de 40 de carbono a
78. va de vida til de cerca de 15 anos SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 3 4 Polui o do ar A redu o do custo de opera o de uma caldeira atrav s da redu o do consumo de combust vel traz como consequ ncia a melhoria da qualidade do ar em raz o da redu o da quantidade de poluentes emitidos A queima de um combust vel produz g s carb nico e gua e emiss es gasosas po luentes como as que vemos no quadro a seguir Emiss es de uma caldeira Mon xido de carbono CO G s t xico incolor e inodoro resultante da queima incompleta do carbono Os poluentes emitidos pelas caldeiras dependem fundamentalmente do tipo de leo queimado das caracter sticas das caldeiras das condi es de opera o e da manuten o dos equipamentos Quando a efici ncia aumenta e a emiss o de po luentes diminui economiza se tamb m no consumo dos reagentes necess rios lavagem dos gases para mant los dentro dos padr es exigidos pela legisla o 35 36 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica 3 5 Economia de energia nas caldeiras Algumas medidas de economia de energia podem ser executadas com facilidade sem que sejam necess rias interven es significativas nas instala es das caldeiras Como primeiras provid ncias para a promo o de economia de energia devem se executar as medidas a seguir 3 5 1 Regulagem da combust o
79. vaporador D atrav s de uma v lvula de expans o No evaporador D o l quido condensado evapora extraindo calor do meio em que est contido c mara frigor fica por exemplo Em seguida o vapor de am nia a baixa press o junta se no absorvedor A com a solu o agora de baixa concentra o e o ciclo se reinicia O calor residual proveniente de um processo ou equipamento como uma turbina ou um motor pode ser a fonte quente desse ciclo Nesse caso o ciclo chama se de absor o Como o princ pio de base de um chiller de absor o um sistema ter moqu mico n o existem componentes m veis no sistema para al m das bombas hidr ulicas necess rias Como consequ ncia esse tipo de chiller apresenta uma vida til longa geralmente superior a vinte anos e exige muito pouca manuten o Por outro lado nos chillers que usam gua como fluido refrigerante n o utilizada nenhuma subst ncia nociva camada de oz nio como os CFC por exemplo O consumo el trico do chiller de absor o de cerca de 10 do consumo dos chil lers de compress o el tricos Nas regi es onde existe uma forte procura de eletrici dade e ou em que o pre o bastante elevado poss vel reduzir a fatura energ tica investindo num sistema de arrefecimento que praticamente n o necessita de eletri cidade Os chillers de absor o de queima indireta apresentam tamb m a vantagem de funcionar com uma ampla gama de fontes quentes vapor de b
80. veis regionais Algumas desvantagens de se utilizar um sistema de cogera o e planejamento de opera o e expans o do sistema el trico e Possibilidade de redu o do impacto ambiental dependendo do combust vel utilizado na cogera o e isolamento para manuten o do sistema el trico e Possibilidade de modular as cargas de acordo com suas necessidades sem ter de e alto custo de implementa o renegociar contratos de energia el trica e Maior independ ncia energ tica e maior controle e gest o dos custos totais da energia e Maior efici ncia energ tica global 71 72 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ tica b Para o meio ambiente Redu o da carga t rmica rejeitada para o ambiente ao se utilizar de forma mais eficiente a energia contida no combust vel Posterga o de amplia o de reservat rios de usinas hidrel tricas ao substituir O insumo el trico do sistema Redu o dos poluentes dos efluentes gasosos se o insumo da cogera o for um combust vel mais limpo que o utilizado na produ o do calor do processo SEGMENTO INDUSTRIAL Gera o de Vapor e Calor 6 2 Equipamentos utilizados em instala es de cogera o As oportunidades criadas nas ltimas d cadas com o crescente mercado de equi pamentos e de tecnologias adequados para a gera o distribu da atra ram muitos investimentos em pesquisa e fizeram surgir muitos fabricantes que atualmente ofe recem tecnologi
81. vel de atingir a menos que a rea o ocorra em situa es cuidadosamente controla das como por exemplo em um laborat rio Combust o incompleta n o h o suprimento de oxig nio adequado para que ela ocorra de forma completa O reagente ir queimar em oxig nio mas poder produzir in meros produtos Quando um combust vel queima em oxig nio a rea o gera di xido de carbono mon xido de carbono gua e v rios outros compostos como xidos de nitrog nio Tamb m h libera o de tomos de car bono sob a forma de fuligem A combust o incompleta muito mais comum do que a completa e produz um grande n mero de subprodutos No caso de quei ma de combust vel em autom veis esses subprodutos podem ser muito prejudi ciais sa de e ao meio ambiente Como a maioria dos processos de combust o n o s o completos esse processo gera perdas de energia dissipadas por meio de subprodutos n o aproveitados no processo de queima ou no mal aproveitamen to do meio comburente em que o combust vel est sendo queimado Perda de calor nos gases da chamin 18 22 Perda de calor por radia o Efici ncia e convec o 1 4 global do sistema Sa da de energia da energia do vapor caldeira 71 80 l Sistema de uso final Entrada de energia 100 Combust vel Perdas distruidas no sistema 5 15 Perda de calor na descarga de fundo 1 3 56 75 23 24 Manuais ELEKTRO de Efici ncia Energ

Geração de vapor e calor

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