IBP0663_05
Estudo da Viabilidade Técnica de uma Bancada de
Cogeração Baseada em uma Micro-turbina a Gás Natural
Rafael R. Romanos, Edson Bazzo, José A. Matelli (UFSC)
Newton R. Moura (Cenpes/Petrobras), Luiz G. M. Freire (Petrobras)
LabCET/EMC/UFSC
Campus Universitário – Trindade
Florianópolis, SC – 88040-900
Fone: + 55 48 331-9390
[email protected]
FINEP
RedeGásEnergia (Petrobras, TBG, SCGÁS)
PRH/ANP
Introdução/Objetivos
Cogeração
 Produção simultânea de energia elétrica e térmica útil a partir de um
mesmo combustível
Sistemas de cogeração
 Alta eficiência
 Médio e grande porte (MW)
Brasil apresenta expressivo potencial
 Plantas de pequena escala (kW)
 Setor terciário (e. elétrica, vapor, água quente, água gelada)
 Falta de investimento em novas usinas e crescimento significativo do
consumo de energia elétrica
Novas tecnologias
 Gás natural
 Praticidade de uso, suprimento garantido, custos de manutenção
reduzidos, menores impactos ambientais
 Falta de investimento em novas usinas e crescimento significativo do
consumo de energia elétrica
Introdução/Objetivos
Objetivo
 Apresentar análise termodinâmica de um sistema compacto de
cogeração a gás natural, baseado em micro-turbina e com recuperação
de calor para produção de água gelada através de uma máquina de
refrigeração por absorção a água quente ou vapor;
 Apresentar resultados experimentais do sistema existente no LabCET,
com recuperação de calor para produção de água quente.
Descrição da planta de cogeração
subsistema 1
produção de energia
eletromecânica
subsistema 6
dissipação de
energia térmica
subsistema 5
dissipação de
energia elétrica
subsistema 2
produção de energia
térmica (água quente)
sistema compacto
de cogeração
subsistema 3
alimentação de
combustível
subsistema 4
controle, paralelismo e
aquisição de dados
Descrição da planta de cogeração
Especificações da micro-turbina
•Fabricante: Capstone
•Modelo: 330 Low Pressure Natural Gas
•Potência (ISO): 28 ± 1 kW
•Eficiência (PCI): 25 ± 2 %
•Temperatura dos gases (ISO): 261 °C
Especificações do trocador de calor
•Fabricante: Endesa
•Modelo: Fluxos cruzados, não misturados
•Temperatura dos gases (e): 261 °C
•Temperatura da água (s): 95 °C
•Coef. global de troca: 0,52 kW/m2K
•Efetividade: 78,5 %
Metodologia
Modelo Termodinâmico para Simulação.
 Conservação da massa e de energia aplicadas a cada um dos
componentes da planta;
 Hipóteses:
 Regime permanente
 Variações de energia cinética e potencial desprezíveis
 Conservação da massa:
m  m
e
s
 Conservação de energia (1ª Lei da Termodinâmica):
Q W   ms hs   me he
Metodologia
Dados considerados na simulação
Wt=28 kW
P9=2*(101,35) kPa
COP=0,65
m6= 0,311 kg/s
PP=T7p-T9 ºC
ΔTtr=7ºC
ηt= 0,25
AP=T9-T8p= 20ºC
ΔTfc =5ºC
T6=268ºC
T8=80ºC
T11= T10 + ΔTtr ºC
T10=29ºC
T13=T12 + ΔTfc ºC
Resultados
Resultados teóricos
Calor recuperado
(kW)
Produção de água
gelada (kW)
Eficiência
(%)
Água quente
50
32
69,6
Vapor
44
28
64,3
Resultados
Resultados experimentais
Resultados
Resultados teóricos vs experimentais
Conclusões
Pequenas diferenças entre o modelo e a experiência
 Incertezas na medição;
 Interpolação dos dados do manual do fabricante da micro-turbina;
O sistema é tecnicamente viável
 Opção por água quente para futura utilização em chillers de simples
efeito é melhor do ponto de vista termodinâmico
 A opção por vapor saturado a 120 °C limita a a recuperação de calor na
caldeira a 44 kW:
 Pintch point de 20 °C;
 Temperatura dos gases na chaminé de 136 °C.
AGRADECIMENTOS
FINEP, RedeGásEnergia (Petrobras, TBG e SCGÁS)
CNPq e ao PRH09
Rafael R. Romanos, Edson Bazzo, José A. Matelli,
Newton R. Moura e Luiz G. M. Freire
Rafael R. Romanos
LabCET/EMC/UFSC
Campus Universitário – Trindade
Florianópolis, SC – 88040-900
Fone: + 55 48 331-9390
[email protected]