Análise Termoeconômica em um Sistema de Cogeração de uma Usina Sucroenergética Norte Capixaba

Abstract

O sistema de cogeração pode ser considerado a parte mais importante das usinas sucroenergéticas, afinal, fornecem vapor para o processo produtivo de álcool e açúcar, além de eletricidade para a própria fábrica e venda do excedente. Para alcançar uma operação eficiente de um sistema térmico, é necessário mapear e intervir nos pontos que desperdiçam energia, e nesse sentido, as metodologias termoeconômicas se tornam grandes ferramentas para obter pontos onde se tem baixa eficiência. Essas metodologias se fundamentam em termodinâmica e economia, na qual se pode analisar o processo de formação dos custos exergéticos e monetários dos fluxos, associando estes ao insumo da planta. Dessa maneira, é possível avaliar as demandas de recursos energéticos e financeiros dos fluxos e equipamentos do sistema, os maiores e menores consumidores destes recursos. Por outro lado, as tubulações que direcionam o vapor aos equipamentos consumidores podem também acarretar perdas energéticas ao processo e influenciar desta forma, nos custos finais de cogeração. Portanto, o objetivo deste estudo é realizar uma avaliação termoeconômica em um sistema de cogeração de uma usina sucroenergética norte capixaba, com ciclo Rankine básico, incluindo análises de custo na perda de carga provocada pela tubulação. Aplica-se o método de alocação de custos através dos modelos termoeconômicos E e H&S, com finalidade de detectar e quantificar a influência dos diferentes casos nos custos de calor útil e eletricidade. A superioridade da cogeração é validada pelo valor de eficiência exergética de cogeração sendo de 29,45 % contra 14,49 % da eficiência exergética do sistema avaliado. O modelo H&S apresenta vantagem visto que analisa os equipamentos separadamente, isso pode ser notado nas irreversibilidades e eficiências exergéticas dos equipamentos, não sofrendo alterações quando se considera a perda de carga da tubulação. O cenário com resultados mais satisfatórios para a venda de eletricidade é apresentado pelo modelo H&S – caso b, com custo unitário monetário de 249,007 R$/MWh, em contrapartida, o maior custo unitário monetário da eletricidade está no modelo E – caso c, sendo de 250,797 R$/MWh. A caldeira alcançou uma eficiência térmica de 85,70 %, e a turbina obteve 84,55 % de eficiência isentrópica. Através desta avaliação, nota-se que a usina sucroenergética avaliada apresenta uma operação dentro das expectativas, devido ao funcionamento dos equipamentos estarem em conformidade com eficiências de literatura.