Cogeração de Energia: Tipos, Vantagens e Ciclos Termodinâmicos

Cogeração

Cogeração é a produção simultânea e sequencial 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 ou frio) a partir do uso de gás natural (energia química).

O que é Energia e para que Serve?

É a capacidade de realizar trabalho, ou seja, gerar força em um determinado corpo, substância ou sistema físico. Serve para gerar diversos tipos de energia, como:

• Química
• Térmica
• Elétrica

Vantagens da Cogeração

• Redução significativa de custos operacionais e produtivos.
• Alta eficiência energética do sistema de cogeração.
• Permite a produção simultânea de energia, calor e frio.
• Disponível para pequenas e grandes demandas elétricas, a partir de 15kW até mais de 20.000kW.

Ciclos Termodinâmicos Utilizados na Cogeração

Sistema de Potência a Vapor

• Ciclo Rankine: Mudança de fase do fluido de trabalho.

Gera duas energias: térmica (caldeira - gerando vapor) e elétrica (turbina a vapor). É um ciclo fechado.

Características do ciclo:

• Caldeira (adiciona calor ao fluido de trabalho).
• Condensador (rejeita o calor do fluido de trabalho ou vapor).
• Bomba ou compressor (a bomba comprime o fluido e o compressor, o ar).
• Turbina (recebe o vapor, gerando trabalho para um eixo ou pá).

Sistemas de Potência a Gás

• Sistema Brayton: Não há mudança do fluido de trabalho. O fluido de trabalho é o ar atmosférico (gases de exaustão).

Características do ciclo:

• É um ciclo aberto ou fechado.
• Gera energia térmica (caldeira - gerando vapor) e energia elétrica (turbina - sendo gerada por gases de exaustão).

Ciclo aberto:

• Compressor
• Turbina
• Câmara de combustão

Ciclo fechado:

• Compressor
• Turbina
• Trocador de calor (absorve)
• Trocador de calor (rejeita)

Análise do ciclo:

A potência utilizada no compressor é cerca de 40% a 80% da potência desenvolvida na turbina.

O efeito das perdas é de requerer maior trabalho no compressor e realizar menor quantidade de trabalho na turbina.

Ciclo Combinado

É um mix do Brayton com Rankine.

A diferença é que os gases de exaustão, ao invés de, quando saem da caldeira, serem unicamente utilizados no processo de fabricação, servem para girar a turbina para gerar energia elétrica.

• Energia Consumida (EC)
• Energia Útil (EU)
• Energia Perdida (EP)
• n (rendimento), W (trabalho) e Q (calor)
• Isotérmica (sem variação de energia)

Eficiência Energética

Pode ser dada pela energia útil sobre a energia total consumida.

n = EU/EC ou n = 1 - EP/EC

Obs.: A energia elétrica, o que é produzida, deverá ser consumida, não há como armazenar (só em capacitor, mas não é armazenada da forma que é gerada).