Projeto de Termodinâmica explicação em Anexo

EM884 Sistemas Fluidotérmicos II Tarefa 1 Objetivo do projeto simular a geração de eletricidade em um termoelétrica a carvão mineral visando melhorar seu desempenho energético Em seguida para atender à legislação ambiental deve ser analisada a substituição do carvão por biomassa e os efeitos decorrentes de tal medida Uma termelétrica UTE a carvão mineral de 100 MW de capacidade instalada opera atualmente sem limitações em termos de emissão de poluentes No entanto a regulamentação estadual implica restrições ambientais limitando as emissões de SO2 da usina até o máximo de 130 mgNm³ semelhante ao praticado na União Europeia para usinas construídas a partir de 20231 O Conselho Diretor do empreendimento levantou algumas opções para adequar a UTE à nova regulamentação e uma delas é a troca do combustível em que o carvão seria substituído por uma biomassa disponível na região Para avaliar o benefício ambiental da mudança de combustível mantendo constantes a eficiência térmica do ciclo e a geração de eletricidade solicitase que 1 Seja apresentado o esquema do ciclo de potência com todos os equipamentos da usina necessários e a indicação dos fluxos de combustível água e vapor 2 Se complete o quadro comparativo abaixo Parâmetros do ciclo Carvão Biomassa Vazão mássica de combustível th Geração horária de vapor th Pressão de reaquecimento bar Rendimento térmico Vazão de água de arrefecimento kgs Fator de emissão de CO2 kgMWh gerado Fator de emissão de SO2 mgNm3 de gás de combustão Vazão mássica de cinzas kgs Custo da energia elétrica com carvão USDMWh Custo da energia elétrica com biomassa USDMWh 1 httpsenergyandcleanairorgcomparisonofcoalpowerplantemissionsstandards EM884 Sistemas Fluidotérmicos II 3 Analisando os resultados avalie se a mudança de combustível será efetiva no atendimento à restrição ambiental Se não o que poderia ser feito para atendêla 4 Se houver um mecanismo de taxação de carbono isto é se para cada tonelada métrica de CO2 emitida a UTE tiver que pagar uma taxa para o governo qual combustível seria preferido do ponto de vista da UTE Justifique sua resposta Informações Gerais A UTE consiste em um ciclo complexo de potência a vapor composto por um estágio de reaquecimento do vapor e três estágios de regeneração dos quais um desaerador um regenerador de alta pressão e um regenerador de baixa pressão Geração de vapor O vapor deve ser gerado a 120 bar de pressão e temperatura de 520oC Pressão de condensação Independentemente do estado termodinâmico do vapor gerado a condensação se dá a 40oC Título do vapor na turbina Em nenhum momento o título do vapor que escoa pela turbina pode ser inferior a 090 Pressão de extração para o desaerador O vapor é extraído à pressão de 7 bar para a alimentação do desaerador Reaquecimento do vapor O vapor deve ser reaquecido até a temperatura de 450oC e a pressão deve estar na faixa entre 40 bar e 7 bar para otimizar a eficiência da UTE Analise e determine a pressão de reaquecimento para obter a maior eficiência Pressão de extração para os regeneradores Os regeneradores devem ser trocadores de calor em que os fluxos não se misturam A pressão de extração do regenerador de alta e de baixa pressão são de 40 bar e 08 bar respectivamente Eficiência isentrópica da turbina a vapor Considere de 84 Eficiência isentrópica das bombas Considere de 90 Equipamentos auxiliares A potência requerida por dispositivos auxiliares como por exemplo exaustores ventiladores dispositivos de controle etc é de 7 da potência instalada Gerador de vapor em base PCI do combustível a eficiência do gerador de vapor é de 82 quando utilizado o carvão Após a mudança de combustível há uma redução da eficiência indicada na tabela 3 Condensador a diferença de temperaturas entre a saída e a entrada do fluxo de água de arrefecimento no condensador não deve ser superior a 10C Custo da energia elétrica gerada O custo médio da eletricidade gerada tem três parcelas O custo de capital associado ao investimento inicial à vida útil à taxa de desconto e à geração média anual o custo de operação e manutenção e o custo do combustível O cálculo do custo da eletricidade gerada é feito por EM884 Sistemas Fluidotérmicos II meio da Equação 1 custo de capital e das informações apresentadas na Tabela 1 custos de OM e do combustível O investimento específico USkW instalado para plantas que utilizam carvão mineral é dado pela equação abaixo sendo função da temperatura e da pressão do vapor gerado Esse valor corresponde ao custo dito turnkey ou seja inclui itens como equipamentos instalação auxiliares controle licenças etc k 170p112818p094524084 05489T Eq 1 Sendo p bar T ºC Tabela 1 Parâmetros a serem considerados na estimativa do custo da eletricidade gerada Parâmetro Informação Número de horas de operação Carvão brasileiro 4400 horasano Biomassa 5900 horasano Regime de operação Operação a plena carga nas horas acima e operação nula no restante do tempo Preço do combustível posto na UTE Carvão brasileiro 15 USDGJ Bagaço de cana 078 USDt Casca de arroz 142 USDt Casca de coco 171 USDt Sabugo de milho 164 USDt Vida útil 25 anos Taxa de desconto 8 ao ano em todos os casos Custo anual de OM Equivalente a 32 do valor total do investimento da usina a carvão Tabela 2 Características do combustível COMBUSTÍVEL umidade da amostra em base mássica Composição Elementar bs C H N O S cinzas 1 Carvão brasileiro 142 3543 228 065 144 469 5551 2 Bagaço de cana 50 4492 535 038 3955 001 979 3 Casca de arroz 10 4096 43 04 3586 002 1846 4 Sabugo de milho 11 4658 587 047 4546 001 161 5 Casca de coco 1208 4823 523 298 3319 012 1025 EM884 Sistemas Fluidotérmicos II A atividade pode ser feita em grupos de até três alunos Apenas um membro de grupo deverá postar o relatório final contendo todas as hipóteses necessáriasadotadas à resolução da tarefa o ciclo termodinâmico e os resultados obtidos para cada item do quadro A listagem do programa de cálculo também deve ser apresentada Pertinência e lógica das hipóteses serão aspectos considerados O relatório deve ser postado no Moddle até o dia 28042024 2359h através de tarefa que vai ser disponibilizada No dia 29042024 serão sorteados alguns grupos que deverão fazer a apresentação oral do projeto em sala de aula apresentando o desenvolvimento justificativas pertinentes e os resultados obtidos para item Tabela 3 Definição dos grupos Grupos Origem do Carvão Biomassa Queda de eficiência do boiler pontos percentuais A Nacional Bagaço de cana 1 B Nacional Sabugo de milho 2 C Nacional Casca de arroz 3 D Nacional Casca de coco 4 E Nacional Bagaço de cana 5 F Nacional Sabugo de milho 6 G Nacional Casca de arroz 7 H Nacional Casca de coco 8 I Nacional Casca de arroz 1 J Nacional Casca de coco 2 K Nacional Bagaço de cana 3 L Nacional Sabugo de milho 4 M Nacional Casca de arroz 5 N Nacional Casca de coco 6 O Nacional Bagaço de cana 7 P Nacional Sabugo de milho 8