CHILLER A ABSORÇÃO E CO-GERAÇÃO
SEJAM BEM VINDOS !
23 de agosto de 2006
Eng./Arq. Marco Tulio Starling de Vasconcellos
[email protected] - Tel: (31) 2111-0099
www.tuma.com.br
TÓPICOS DA APRESENTAÇÃO
CHILLER A ABSORÇÃO
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
ESTUDOS DE CASO (COMPARATIVOS)
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
BROAD
•
Fundada em 1988;
•
Mais de 1.800 funcionários;
•
Maior pagadora de impostos entre as empresas privadas chinesa;
•
Faz parte das Top16 empresas chinesas com maior competitividade no
mercado internacional;
•
Exporta atualmente para mais de 30 países;
•
Líder no mercado norte americano de chillers absorção;
•
Fabrica o mais eficiente chiller absorção do mercado (índice COP);
•
Única fabricante mundial de Chiller movidos a gás de exaustão sem
necessidade de caldeiras de recuperação;
•
Produz Chillers de 4,6 TRs até 6.600 TRs;
•
TUMA é representante exclusiva da BROAD no Brasil .
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
BROAD Town – 340.000 m²
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Chiller elétrico X chiller a absorção
Chiller Elétrico
• Refrigerante – R22, R123,
134a, etc.
• Fonte energética – Eletricidade
• Tarifação da energia: A tarifa de
energia elétrica é variável (Horário
de Ponta e Horário Fora de Ponta).
• Possui compressor e muitas peças
móveis gerando assim aumento
significativo na sua manutenção no
decorrer dos anos.
• Vida Útil: 10 a 15 anos.
Chiller Absorção
• Refrigerante – Água.
• Fonte energética – Calor (Queima
de GN, GLP, Diesel, Gases de
exaustão, Gases de Aterro
Sanitário, Vapor dágua e Água
Quente (inclusive de coletor solar),
entre outros.
• Tarifação de energia: A tarifa de
gás natural é fixa.
• A maioria das peças são fixas.
• Vida Útil: Mais de 20 anos.
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Esquema de funcionamento chiller BROAD
Água de condensação
Água gelada
Água gelada
Água de condensação
Evaporador – P=6mmHg
Absorvedor – P=6mmHg
HTG – P=690mmHg
LTG – P=57mmHg
Condensador – P=57mmHg
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Partes principais do chiller BROAD
• HTG
• HTHE
• LTG
• LTHE
• Evaporador
• Aquecedores de água
• Absorvedor
• Queimador
• Condensador
• Sistema Auto Purge
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Partes principais do chiller BROAD
Aquecedor de
água
Condensador
LTG
HTG
Evaporador
Absorvedor
Sistema Auto Purge
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Partes principais do chiller BROAD
Saída de água de condensação
Quadro elétrico
Saída de água gelada
Entrada de água gelada
Queimador
LTHE
Entrada de água de condensação
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Modelos com fontes alternativas de calor – 50 a 6.614 TR
•
BZ – Queima direta (Gás, óleo ou dupla queima)
•
BS – Vapor de água (duplo estágio)
•
BH – Água quente (duplo estágio)
•
BE – Gás de exaustão (duplo estágio)
•
BDS, BDH e BDE – Similares com simples estágio
•
BZS, BZH e BZE – Queima direta e indireta
•
BZHE – Queima direta, água quente e gás de exaustão
•
Sistema com coletores solar
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Modelos com torres integradas
•
BY – Grandes Chillers em containers com torres e bombas (50TR e 6.614TR)
•
BCT – Unidades Residenciais (4,6 – 6,6 – 20 - 33TR)
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Evolução dos chillers a absorção
- Sistema a absorção se desenvolveu até meados do século XX.
-
Grandes fabricantes concentraram no desenvolvimento de chillers elétricos
-
Retorno de desenvolvimento de tecnologias a absorção na Ásia nos anos 80
e 90.
-
Eliminação ou redução dos riscos com cristalização, perda de vácuo e
congelamento de tubos de cobre.
-
Crescimento do COP
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Velhos paradigmas quebrados sobre chillers de absorção
-
Possuem baixo rendimento;
-
Baixa confiabilidade, devido principalmente a:
- Cristalização;
- Congelamento de tubos;
- Perda de vácuo;
-
Pouca disponibilidade de gás natural;
-
Alto custo do combustível;
-
Poucos casos reais de sucesso no mundo.
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
COP – coeficiente de performance
Quantidade de frio gerado (kW) para cada unidade de energia (calor) fornecida (kW).
Chillers americanos e europeus – média de COP = 0,7 a 0,9
Chillers asiáticos – médio de COP = 1,0 (COP IPLV= 1,1)
Chillers BROAD – COP = 1,34 (COP IPLV superior a 1,5)
COP IPLV é um padrão internacional (ARI 560) que considera:
-
1% do tempo funcionando com 100% da carga
-
42% do tempo funcionando com 75% da carga
-
45% do tempo funcionando com 50% da carga
-
12% do tempo funcionando com 25% da carga
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
COP na prática
Consideremos um chiller com COP = 1,0
Logo, ele gera 1,0 kcal/h de frio com cada 1,0 kcal/h de gás.
1 TR = 3.024 kcal/h e 1m3 de GN = 8.600kcal, logo:
1 m3 de GN gera 2,84 TRh ou 0,35m3 por TRh
Consideremos um Chiller com COP = 1,5
Seguindo o raciocínio, concluímos que ele consome 0,23m3 por TRh
Logo uma diferença de 0,12 m3 por TRh entre os dois casos.
Considerando o custo do GN = R$0,57/m3, temos uma diferença de R$0,068/TRh.
Numa instalação de 1.000TRs, temos uma diferença de R$68,00/h ou
R$68,00/h x 8h x 22dias x 12 meses = R$143.616,00/ano
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Custo absorção x custo compressão
Chiller a Água compressão
• Consumo
0,65 kwh/TRh
• Custo da eletricidade
R$ 0,49/kwh
• Custo da TRh – elétrica R$ 0,3185
Chiller a Absorção
• COP
• Consumo de Gás Natural
• Custo do Gás Natural
• Custo da TRh – Gás natural
ECONOMIA com GN =
58,8%
(R$32.982,00/mês para ex. Anterior)
1,5
0,23 m3/TRh
R$ 0,57/m3
R$ 0,1311
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Outros diferenciais da BROAD
•
3 funções e 3 alimentações no mesmo chiller = economia
•
Ciclo de aquecimento independente da câmara principal = maior vida útil
•
Auto anticristalização e auto descristalização = segurança
•
Spray de solução pra cima = evita entupimento e perda de eficiência
•
Sistema de auto purga de gases não condensáveis = mantém eficiência
•
8 estágios de proteção do HTG (temperatura, pressão, nível e disco de
ruptura) = segurança evitando explosão
•
3 controles de vazão e 3 controles de temperatura na água gelada = evita
congelamento nos tubos de cobre do evaporador
•
HTHE e LTHE – Trocadores de calor com placa = economiza cerca de 15%
de energia
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Outros diferenciais da BROAD
•
Tubos de queima de gás com turbuladores = garante queima total do gás
evitando perda pela descarga
•
Sondas de nível do refrigerante = evita transbordamento e perda de eficiência
•
Separação da solução em 2 estágios HTG e LTG = aumenta eficiência
•
Inversores de freqüência para as bombas de água de condensação,
ventilador da torre = economia de energia
•
Câmara longa de queima = garante combustão completa
•
Auto ajuste da temperatura de água gelada de acordo com temperatura do
ambiente com arquivamento dos dados para consulta = economia
•
Todo o sistema de controle é montado e testado na fábrica = garantia
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Outros diferenciais da BROAD
•
•
•
•
•
90% dos componentes são importados dos melhores fornecedores no Japão,
Europa e Estados Unidos = garantia de qualidade
Possui todos os principais certificados concedidos por órgãos europeus e
americanos, para toda a linha de produtos = garantia de qualidade
Monitoramento gratuito por 20 anos, 24h por dia e 365 dias por ano via
internet e engenheiros preparados para solucionar os problemas no seu início
antes mesmo que seja notado pelo usuário = garante funcionamento sem
falhas durante toda a vida útil
Acessórios incluídos no preço: controle adicional para água de condensação,
inversor de freqüência, monitoramento remoto, auto descristalização,
isolamentos térmicos montados na fábrica, válvulas solenóides para sistema
de auto purga, terminal programável (touch screen) e caixa de ferramentas e
peças de reposição
Economia de energia devido aos vários processos e dispositivos patenteados
= diminui prazo de pay-back do investimento
CHILLER A ABSORÇÃO BROAD
Central de monitoramento BROAD
CASOS BROAD
Co-geração
SHOPPING JARDINS
ARACAJU – SE – BZHE 175 - 636TR
CASOS BROAD
Co-geração
HOTEL CANTO DO SOL - VITORIA – ES
01 BZ50 – 165TR
SHOPPING NITERÓI – NITERÓI – RJ
01 BZHE 85 – 309TR
RESIDÊNCIA NO RIO DE JANEIRO – RJ
02 BCT23 – 13,20TR
SEDE ALGÁS – MACEIÓ - AL
01 BCT115 – 33TR
CASOS BROAD
Co-geração
Fórum Barcelona
300.000 m² de área refrigerada
CASOS BROAD
Co-geração
Malásia – Nova Cidade do Governo
2.300.000 m² área refrigerada
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
•
Co-geração é a produção simultânea de duas ou mais formas de energia a
partir de um único combustível;
•
O processo mais comum é a produção de eletricidade e energia térmica (calor
e frio) a partir do gás natural e/ou de biomassa, entre outros. Ou seja,
aproveita-se os rejeitos térmicos da geração de energia para produção de
energia térmica demandada pelo cliente;
•
Ao produzir energia elétrica, o moto-gerador elimina energia em forma de
calor nos gases de exaustão (+/- 400 a 500°C) e na água de refrigeração do
motor (+/- 90 a 98°C).
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Vantagens
Para o Consumidor
- Produz-se “gratuitamente” frio e calor, utilizando-se dos rejeitos térmicos de
grupos moto-geradores = Economia;
- A co-geração eleva o aproveitamento da fonte energética, de cerca de 35 a
40% (geração simples) para aproximadamente 90%.
Para a Matriz Energética Brasileira
- Geração distribuída reduz perdas e riscos nas linhas de transmissão e
distribuição;
- Reduz riscos de apagões, contribuindo para a qualidade da matriz energética
brasileira;
- Reduz necessidade de investimentos em novas hidrelétricas, sendo opção
mais ecologicamente correta.
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Eficiência na co-geração
-
A eficiência de um grupo moto-gerador varia de modelo para modelo, e gira
entre 3,0 e 3,8kWh por Nm³ de gás natural;
-
A eficiência na produção de frio e calor por co-geração, também varia por
modelos de geradores, de acordo os dados de calores rejeitados;
-
A produção gratuita de frio por co-geração em chillers a absorção varia entre
20 e 40TRh para cada 100kWh produzidos;
-
A produção gratuita de água quente por co-geração através de trocadores de
calor irá substituir aproximadamente 145kW de resistências para cada 100kW
de geração instalada.
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Principais modelos de produção de água gelada por co-geração
-
Uso da água quente de resfriamento das camisas do moto-geradores;
-
Uso da água quente de resfriamento das camisas do moto-geradores,
reaquecidas em trocadores de calor pelos gases de exaustão dos motores;
-
Uso de vapor produzido em caldeiras de recuperação alimentadas pelos
gases de exaustão dos moto-geradores;
-
Uso direto de gases de exaustão alimentando o chiller a absorção.
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Vantagens do uso de gases de exaustão diretamente no chiller
•
Gases de exaustão com temperatura superior a 400ºC podem alimentar
chillers de duplo estágio, com COP (carga máxima)=1,39, contra COP=0,75
de chillers simples estágio que seriam utilizados nos outros casos;
•
A situação onde se consegue maior produção gratuita de frio (até
40TR/100kW) é a que utiliza água quente dos motores e gases de exaustão
diretamente no chiller;
•
Redução de espaço em centrais de co-geração, pois se elimina circuitos
hidráulicos, bombas, caldeiras de recuperação e trocadores de calor;
•
Reduz investimentos com infra-estrutura inicial, reduzindo áreas e pés direito.
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Plantas mistas de co-geração
•
Quando a demanda de água gelada produzida com a água quente e os
gases de exaustão não é suficiente, complementa-se a produção de água
gelada com a queima de gás natural ou com chillers elétricos;
•
O mesmo ocorre com o back-up para os chillers;
•
No caso em que se optar por complemento e/ou back up com queima direta,
existem chillers que podem ser alimentados ao mesmo tempo por queima
direta, gases de exaustão e água quente.
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Estudo de caso
Considerando um projeto que possua as seguintes demandas de eletricidade e ar
condicionado:
• Eletricidade – 3.000kW – 24 h/dia – 365dias/ano – Fator médio de consumo =
0,40.
• Ar condicionado – 1.000TR – 15h/dia – 365dias/ano – Fator médio de carga
= 0,58.
Comparativo entre 3 situações:
• 1- Compra de energia elétrica das concessionárias para demanda de
eletricidade e AC, a R$0,56/kWh (Tarifa Azul).
• 2- Compra de energia elétrica das concessionárias para demanda de
eletricidade e AC, a R$0,49/kWh (Tarifa Verde).
• 3- Tarifa verde fora da ponta e geração a diesel na ponta (R$0,40/kWh), valor
médio do kWh será de R$0,31/kWh
• 4- Geração de eletricidade com geradores a GN e co-geração com chiller a
absorção, valor equivalente do kWh = R$0,19.
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Situação 1 – tarifa azul
•
Custo de energia elétrica = R$0,56/kWh.
•
Energia elétrica:
•
3.000kW x 24h x 365 dias x 0,40 x R$0,56/kWh = R$5.886.720,00/ano
•
Ar condicionado com chiller elétrico (0,65 kW/TR):
•
1.000TR x 0,65kW/TR x 15h x 365d x 0,58 x R$0,56/kWh =
•
R$1.155.882,00/ano (R$0,364/TRh).
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Situação 2 – tarifa verde
•
Custo de energia elétrica = R$0,49/kWh
•
Energia elétrica:
•
3.000kW x 24h x 365 dias x 0,40 x R$0,49/kWh = R$5.150.880,00/ano
•
Ar condicionado com chiller elétrico (0,65 kW/TR):
•
1.000TR x 0,65kW/TR x 15h x 365d x 0,58 x R$0,49/kWh =
•
R$1.011.397,00/ano (R$0,319/TRh).
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Situação 3 – tarifa verde + diesel
•
Custo de energia elétrica = R$0,49/kWh
•
Custo geração diesel = R$0,40/kWh
•
Energia elétrica:
•
R$3.258.720,00/ano
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Situação 4
Considerando:
•
35TR/100kW (co-geração), temos 1.050TR para os 3.000kW gerados
(100% AC gratuito).
•
R$0,05/kWh gerado de manutenção.
•
Eficiência do gerador = 3,8kWh/Nm3 de GN.
Geração de energia elétrica :
Custo do gás natural = R$0,56/Nm3:
3.000kW x 24h x 365dias x 0,4 x (R$0,56/Nm3 / 3,8 kWh/Nm3 +R$0,05/kWh) =
R$2.074.737,00/ano.
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Comparativo de gastos
Situação
Modelo
Custo
Custo total
anual
Economia
1
A4 azul
0,56
R$5.886.720,00
Base
2
A4 verde
0,49
R$5.150.880,00
12,5
3
A4 verde + diesel
0,31
R$3.258.720,00
44,6
4
Co-geração
0,19
R$2.074.737,00
64,8
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Casos de co-geração
Central de co-geração de Austin - USA
4,6 MW – 2.500 TR
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Casos de co-geração
Shopping Jardins - Aracaju – SE
2,6 kW – 1.236TR
CO-GERAÇÃO DE ENERGIA
Considerações finais
•
Desenvolvimento e crescimento do setor ;
•
Geração distribuída – Nova política energética nacional ;
•
Crescimento uniforme e seguro da matriz energética brasileira ;
•
Reduções de custos operacionais ;
•
Necessidade de se comparar os equipamentos e fazer estudo para cada
caso, utilizando todas as opções de mercado.
OBRIGADO !
Dúvidas e / ou perguntas ?
Eng./Arq. Marco Tulio Starling de Vasconcellos
Diretor Comercial
Fone: ( 31 ) 2111-0099 – Fax: ( 31 ) 2111-0055
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Maiores informações: www.tuma.com.br