OBJETIVOS

Geral:

Estudar sistemas de cogeração e trigeração, utilizando grupos motor-gerador refrigerados a água.

Específicos:

• Desenvolver um modelo termodinâmico para o sistema;
• Projetar uma central de cogeração para o grupo motor-gerador do NMC;
• Instrumentalizar e supervisionar o funcionamento do sistema de cogeração;
• Estudar as alternativas tecnológicas (chillers) para implantação de um sistema de trigeração;
• Analisar a utilização da energia solar como fonte térmica complementar em sistemas de trigeração;
• Estudar a viabilidade técnica/econômica da utilização de um sistema de cogeração e de trigeração na UFS para suprimento da energia no horário de ponta do sistema elétrico;
• Integrar o grupo motor-gerador com o sistema elétrico dos laboratórios do NMC;
• Aperfeiçoar o projeto, utilizando a técnica de otimização multi-objetivo de Pareto.

INTRODUÇÃO

A cogeração ou a produção simultânea de calor e eletricidade é um conceito bem estabelecido que remonta ao final do século XIX, quando se produzia calor e iluminação. A produção centralizada de energia levou ao seu desinteresse por parte das empresas, quando a crise de 1973 a reavivou. Mais ou menos nessa época, surgiu o conceito de trigeração, que aproveita o rejeito térmico da cogeração para produzir frio. Com isso, uma central termoelétrica convencional pode aproveitar até 80% da energia do combustível. Entretanto, consumidores residenciais ou comerciais de pequeno porte normalmente não demandam energia térmica, pelo menos não nos níveis de temperatura disponibilizados pela cogeração. Em um país tropical como o Brasil, a demanda é normalmente por refrigeração (e.g. conforto térmico, acondicionamento de produtos, entre outros).

Os sistemas de refrigeração por sorção, normalmente, se destinam a edificações de pequeno e médio porte e representam uma possibilidade de ampliação do uso de gás natural como alternativa ao consumo de energia elétrica, voltada a pequenos consumidores comerciais/residenciais. Com as atuais descobertas de reservas de gás natural, principalmente na bacia de Santos, a participação do gás natural na matriz energética poderá saltar dos atuais 7,5% para 21% em 2010, segundo a ministra de Minas e Energia, Dilma Rousseff. Em Sergipe, por exemplo, onde a produção diária de gás natural é de 1,8 milhões de metros cúbicos, apenas 17% dessa produção é utilizada em seu território, sendo a maior parte consumida em grandes unidades fabris.

Aliado a isso, os avanços tecnológicos obtidos pelos refrigeradores térmicos (chillers) nos últimos anos permitiram o acoplamento com grupos motor-geradores de pequeno porte e também com algumas microturbinas (10-2000 kWe), ou seja, hoje é possível criar sistemas de trigeração de pequeno porte, sendo essa uma das principais aplicações dos refrigeradores térmicos. No setor industrial, todavia, observam-se diversos processos que apresentam rejeitos térmicos entre 70°C e 120°C, faixa de temperatura ideal para a aplicação dessa tecnologia. O gás natural ou o diesel podem ser utilizados para alimentar o processo industrial e o seu rejeito, ser utilizado para climatização de ambientes ou mesmo para alguma outra demanda de frio.

Entre as diversas aplicações da energia solar, a refrigeração e o ar condicionado (R&AC) se apresentam como uma interessante aplicação da energia solar, porque, quanto maior a intensidade da radiação, maior a sua necessidade. Dentre os processos existentes, a adsorção se destaca pelo aproveitamento de pequenos gradientes de temperatura, sem a necessidade de conversão. Isso permite que coletores planos, amplamente comercializados no Brasil, sejam utilizados. Entretanto, para sistemas de refrigeração de pequeno porte, normalmente se indica a utilização de fontes híbridas. Um bom exemplo é a combinação coletor solar plano + gás natural. Essa combinação permite uma elevação da temperatura de projeto, estabilizando a operação e garantindo um desempenho mínimo mais elevado (COP).

Segundo Meunier (1993), que estudou a eficiência de diversos refrigeradores térmicos por sorção a ciclo fechado, somente se o COP for aproximadamente 1, com potência frigorífica específica acima de 300 W/kg, esses sistemas serão efetivamente uma alternativa aos tradicionais compressores de vapor.

A proposta desse projeto é desenvolver um sistema de cogeração para fins didáticos, dando subsídio a publicações científicas, além de disponibilizar um equipamento didático para as disciplinas: “Termodinâmica para Engenharia Mecânica”, “Motores de Combustão Interna” e “Sistemas de Cogeração e Trigeração”. O principal componente desse sistema é um grupo motor-gerador de
50 kVA (diesel / refrigerado a água) que está sendo adquirido pelo NMC através do Pregão Eletrônico N° 150/2009. Análises termodinâmicas e de transferência de calor irão subsidiar o projeto desse sistema de recuperação de calor com o intuito de melhorar a eficiência energética global do sistema. Instrumentos de medição (sensores) serão instalados para monitorar e subsidiar essas e outras análises, como, por exemplo, a possibilidade de realizar a trigeração, a viabilidade teórico-financeira e a utilização de outras fontes térmicas complementares.

METODOLOGIA

Para alcançar os objetivos propostos as seguintes etapas irão compor a metodologia a ser empregada:

Etapa 1: Levantamento do estado da arte da cogeração utilizando grupos motor-gerador a diesel, abran-gendo a instrumentação e o sistema de controle disponíveis. Nas normas existentes sobre o assunto, realizar-se-á o levantamento dos critérios estabelecidos para a realização dos ensaios e a melhor forma de interligação com o sistema elétrico dos laboratórios do NMC.

Etapa 2: Projeto da central de cogeração para o grupo motor-gerador do NMC, através de uma análise termodinâmica (exergética), para fins didáticos.

Etapa 3: Projeto unifilar elétrico da interligação do grupo motor-gerador no sistema elétrico.

Etapa 4: Instrumentação, calibração e aferição dos sensores envolvidos.

Etapa 5: Estudo teórico das alternativas tecnológicas (chillers) para implantação de um sistema de trigeração.

Etapa 6: Estudo de viabilidade técnica/econômica da utilização de um sistema de cogeração e de trigeração na UFS para suprimento da energia no horário de ponta do sistema elétrico.

Etapa 7: Realização dos primeiros ensaios.

Etapa 8: Interligação do grupo motor-gerador com o sistema elétrico dos laboratórios do NMC.

Etapa 9: Aperfeiçoamento do projeto, utilizando os dados medidos.

Materiais e Equipamentos:

• Motor Gerador Diesel 50kVA;
• Analisador Gráfico de Qualidade de Energia;
• Osciloscópio;
• Sensores de Temperatura PT-100;
• Sistema de Aquisição de Dados (datalogger);
• Trocadores de Calor;
• Torre de Resfriamento.

FINANCIAMENTO

1. Bolsas de IC/IT do CNPq, da FAPITEC/SE e da UFS (COPES)