Estudo de Desempenho de Sistema de Cogeração em Usina de Açúcar e Álcool

Projeto de Sistemas de Cogeração Tipo 1 Sua equipe foi designada para realizar um estudo de desempenho no sistema de cogeração de uma usina que produz açúcar e álcool a partir da canadeaçúcar A planta de cogeração é baseada no ciclo Rankine ciclo de potência a vapor e é utilizada para atender a demanda térmica de dois processos produtivos na planta a desidratação do etanol e a evaporação do caldo A pressão máxima do vapor no ciclo é de 3 MPa e a temperatura máxima é de 300ºC A pressão mínima do ciclo é 10 kPa Cada processo produtivo demanda o fornecimento de vapor saturado a temperaturas diferentes O vapor necessário é produzido em dois trocadores de calor P1 desidratação do etanol e P2 evaporação do caldo O trocador de calor P1 produz 53 kgs de vapor saturado a 1588ºC ponto 19 e o trocador de calor P2 produz 596 kgs de vapor saturado a 1274ºC ponto 21 em ambos os processos o vapor retorna ao respectivo trocador de calor como líquido comprimido 5C abaixo da temperatura de saturação correspondente à pressão de operação Na saída do processo P1 ponto 11 e do processo ponto 12 a condição do fluido de aquecimento é de líquido saturado despreze perdas de pressão tanto do lado do fluido quente quanto do lado do fluido frio para os dois trocadores A diferença de temperatura entre a saída do fluido quente e a saída do fluido frio é de 20ºC em ambos trocadores de calor P1 e P2 A eficiência isentrópica da turbina é 80 enquanto a eficiência isentrópica da bomba de 75 Uma torre de resfriamento reduz a temperatura da água de resfriamento que deixou o condensador a 35C ponto 14 e a faz retornar ao condensador novamente a 20ºC ponto 13 Para isso usa ar úmido a 18C e 30 de umidade relativa ponto 16 e que deixa a torre a 25ºC e 90 de umidade ponto 17 parte da água de resfriamento evapora com o ar úmido e deve ser reposta ponto 18 Bagaço de cana é utilizado como combustível no processo o poder calorífico inferior do bagaço nas condições como ele é queimado na caldeira é 7650 kJkg A quantidade de bagaço disponível na usina em função da taxa de cana processada é 272kgt cana dependendo dos requerimentos de calor e eletricidade do processo pode haver uma sobra de bagaço ou um déficit que deve ser coberto com um combustível auxiliar assuma como combustível auxiliar cascas de eucalipto com PCI de 572 MJkg caso seja necessário O consumo de eletricidade do processo produtivo é de 28 kWht cana Assuma uma eficiência térmica da caldeira de 85 85 da energia do combustível é transferida para a água na caldeira A exergia química específica do bagaço de cana é 9979 kJkg enquanto a das cascas de eucalipto é 696 MJkg Se a usina processa cana a uma taxa de 500 th e a turbina tem uma capacidade máxima de produzir potência de até 60 MW determine a Qual o consumo de cada combustível para se atender só a demanda térmica em kgs Especifique qual a composição de combustíveis utilizados existe sobra de bagaço Existe excedente de eletricidade Analise seus resultados b Qual é a potência líquida produzida na planta considerando que a caldeira queima todo o bagaço disponível kW c Se a turbina for utilizada em sua máxima capacidade qual seria o consumo de combustível em kgs Especifique qual a composição de combustíveis utilizados em massa e em energia Para as condições determinadas no item c determine d A potência líquida produzida na planta kW e A irreversibilidade gerada em cada equipamento através de balanços de exergia f A eficiência exergética desta planta e o fator de utilização de energia FUE g A quantidade de potência elétrica que pode ser vendida para a rede de distribuição de energia elétrica kW h Determine se sua planta atende os critérios da cogeração qualificada de acordo com a ANEEL httpwww2aneelgovbrcedocren2006235pdf i Considerando os valores de tarifa de energia elétrica httpswwwenelcombrptsaopauloCorporativoeGovernotabelade tarifashtml e o custo das cascas de eucalipto em 180R ton determine a receita apurada com a venda da energia elétrica excedente e descontando o custo de aquisição das cascas de eucalipto Considere a operação de 24 horas por dia durante 30 dias Analise seus resultados Assuma as hipóteses que considere necessárias