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1
Pedro Amone Júnior
Operação e Manutenção de Sistemas de Cogeração
Mestrado
Engenharia e Gestão de Energias Renováveis
(UDM)
Sistemas De Cogeração
Maputo, Outubro de 2018
2
Universidade Técnica de Moçambique
(UDM)
Pedro Amone Júnior
Operação e Manutenção de Sistemas de Cogeração
Mestrado
Engenharia e Gestão de Energias Renováveis
Sistemas De Cogeração
Professor:
Prof. doutor Paulino Muteto
Maputo, Outubro de 2018
Trabalho de investigação de carácter avaliativo,
orientado ao Módulo de Sistemas De Cogeração
no curso de Mestrado em Engenharia e Gestão de
Energias Renováveis, leccionado na
Universidade Técnica De Moçambique
3
Índice
i. Lista de abreviaturas..................................................................................................................................5
1.INTRODUÇÃO .........................................................................................................................................6
1.1 Objectivos ...............................................................................................................................................7
1.1.1 Objectivo geral.................................................................................................................................7
1.1.2 Objectivos específicos .....................................................................................................................7
1.2 Justificativa .............................................................................................................................................7
2. REVISÃO TEÓRICA...............................................................................................................................8
2.1 Estado de arte......................................................................................................................................8
2.1.1 Ciclos topping..............................................................................................................................8
2.1.2 Ciclos bottoming..........................................................................................................................9
Aplicação de sistemas de cogeração ...................................................................................................10
Vantagens............................................................................................................................................10
3. FUNDAMENTACAO METODOLÓGICA...........................................................................................11
3.1 Modos de operação de sistemas de cogeração..................................................................................11
3.2 Modos de Funcionamento de um sistema de cogeração ...................................................................12
1 - Funcionamento em paridade térmica (controlo - calor).................................................................12
2 - Funcionamento em paridade eléctrica ...........................................................................................12
3 - Funcionamento económico............................................................................................................13
4 - Funcionamento em cargas parciais................................................................................................13
3.3 Descrição do funcionamento do sistema de cogeração.....................................................................14
3.3.1 Elementos que constituem o sistema de cogeração...................................................................15
3.4 Manutenção de Sistemas de Cogeração............................................................................................17
3.4.1 Manutenção De Turbinas A Gás................................................................................................17
3.4.2 Manutenção de trocador de calor...............................................................................................20
4. CONCLUSÃO........................................................................................................................................22
4
5. SUGESTÕES..........................................................................................................................................23
6.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................................................24
5
i. Lista de abreviaturas
A: ampere
I: Corrente
Kw: kilowatt
P: Potência
UTA: unidade de tratamento de águas
UDM: Universidade Técnica de Moçambique
VA: volte ampere
V: Volte
W: Watt
6
1.INTRODUÇÃO
O presente trabalho tem como tema Operação e Manutenção de Sistemas de Cogeração. É de
salientar que o trabalho é de carácter avaliativo, referente ao módulo de sistemas de cogeração
leccionada na Universidade Técnica de Moçambique (UDM)
Com o aumento das necessidades energéticas por parte dos processos industriais modernos e os
limites dos índices de poluição cada vez mais baixos, garantindo um impacto ambiental menor,
tem vindo a ser quase obrigatória a implementação de soluções de exploração dos combustíveis
fósseis mais eficientes e menos poluentes.
Uma solução muito popular nas últimas décadas é a cogeração, caracterizada pela geração de
dois tipos de energia, nomeadamente energia eléctrica e térmica (água quente, vapor),
explorando apenas uma fonte de energia primária, os combustíveis fósseis.
A evolução desta tecnologia reflecte-se numa diminuição das necessidades associadas à
exploração da energia primária, num valor circundante dos 35 %, e ainda, uma diminuição dos
custos provenientes da compra de electricidade à rede eléctrica.
O processo de operação do sistema é a base fundamental para que se possa perceber as etapas
necessárias para a produção de energia eléctrica e térmica.
A manutenção é indispensável pois ela garante uma longa vida do sistema, um funcionamento
eficiente, assim como a redução significativa de perdas. É necessário fundamentar que as
manutenções preventivas são as que mais devem ser periodizadas de modo que o sistema não
chegue a estar fora de serviço para dar lugar a manutenção correctiva.
Ao logo trabalho estão descritos assuntos inerentes a revisão teórica, onde se definem conceitos
fundamentais assim como o estado de arte, onde se descreves casos já estudados por alguns
autores. Também esta descrito na fundamentação teórica o processo de operação e manutenção
do sistema de cogeração, e depois a conclusão e referencias bibliográficas.
O autor deste trabalho agradece criticas que culminem com o melhoramento do trabalho, pois é
um trabalho investigativo não acabado e elaborado com a finalidade de ser apresentado como
uma avaliação no processo de estudo e aprendizagem.
7
1.1 Objectivos
1.1.1 Objectivo geral
➢ Descrever o Princípio de Funcionamento e Manutenção de Sistemas de Cogeração
1.1.2 Objectivos específicos
➢ Identificar os principais componentes do sistema;
➢ Descrever o princípio de funcionamento do sistema;
➢ Descrever o processo de manutenção do sistema.
1.2 Justificativa
A escolha do tema é justificada pela necessidade do autor compreender o processo de
funcionamento do sistema assim como o processo de manutenção, para posteriormente poder
aplica-lo em casos práticos que podem surgir no país, pois observa-se a necessidade de
maximizar a produção com menos custos e sem prejudicar o ambiente.
Os impactos positivos que o tema pode trazer em primeiro lugar são: a facilidade que a turma
pode ter para perceber o módulo, pois o estudo será feito em forma de debate.
Considera-se também um impacto positivo, a possibilidade dos mestrandos poderem operar de
forma eficiente em sistemas de cogeração num futuro prévio.
8
2. REVISÃO TEÓRICA
Segundo Oddone, “Co-geração é definida como o processo de transformação de uma forma de
energia em mais de uma forma de energia útil.” A cogeração apresenta alta eficiência energética,
pois não há o desperdício de energia térmica (como ocorre nas termoeléctricas puras), pois essa
energia é utilizada em processos industriais, como secagem, aquecimento, cozimento, destilação
A cogeração é definida como o processo de produção combinada de energia eléctrica e térmica,
destinando-se ambas ao consumo próprio ou de terceiros. (BASQUEROTTO, 2010)
Na ideia do autor, a cogeração pode ser definida como a produção combinada de energia térmica
e de energia mecânica/eléctrica por meio de uma única fonte de combustível, como os derivados
do petróleo, o gás natural, a biomassa, entre outras. Em sua grande maioria, os projectos de
cogeração utilizam biomassa ou gás natural como combustível.
Nos sistemas de cogeração busca-se aumentar a produção de energia a partir do uso mais
eficiente do combustível utilizado. No sistema convencional de geração de energia, cerca de 65%
da energia do combustível é perdida para o ambiente sob a forma de calor e apenas 35% é usada
na geração de energia eléctrica. Já nos sistemas de cogeração, o aproveitamento da energia do
combustível atinge valores superiores a 80%, sendo que cerca de 35% é usada na produção de
energia eléctrica e aproximadamente 50% é transformada em energia térmica e aproveitada no
processo, ou seja, na cogeração, parte da energia que seria desperdiçada é aproveitada e apenas
cerca de 15% é perdida. www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018 pelas 13: 19min
2.1 Estado de arte
Os sistemas de cogeração são classificados em dois grupos em função da seqüência de utilização
da energia, podendo ser ciclos topping e ciclos bottoming.
2.1.1 Ciclos topping
Neste ciclo, a geração de energia eléctrica antecede a produção de vapor, posteriormente o calor
rejeitado pelo sistema de geração de eletricidade é aproveitado em um processo industrial. Em
www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018 pelas 13: 19min.
9
Figura n 1: Ciclos topping
Fonte: Prof. Alvaro Augusto W. de Almeida
2.1.2 Ciclos bottoming
Neste ciclo, o calor da queima do combustível é utilizado primeiramente em um processo
térmico da indústria e o calor rejeitado deste processo é empregado na produção de energia
eléctrica. Em www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018 pelas 13: 19min.
Figura n 2: Ciclo bottoming
Fonte: Prof. Álvaro Augusto W. de Almeida
Os sistemas do tipo topping são os mais utilizados, isso porque geralmente o calor rejeitado dos
processos industriais encontra-se a uma temperatura relativamente baixa, não podendo ser
empregado na geração de electricidade. Em www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018
pelas 13: 19min.
Figura n 3: comparação dos ciclos topping e botopping
Fonte: Alvaro Augusto W. de Almeida
10
Aplicação de sistemas de cogeração
Os sistemas de cogeração podem ser aplicados em diferentes sectores:
• No setor industrial, por exemplo, a cogeração pode ser utilizada nas indústrias químicas,
Petroquímicas, Farmacêuticas, Sucroalcooleiras, Alimentos e bebidas;
• Lavandarias;
• Hospitais;
• Prédios comerciais;
• Hotéis;
• Supermercados, etc.
Vantagens
Entre os benefícios da cogeração destacam-se: a redução dos gases do efeito estufa, uma vez que
o processo de conversão de energia é mais eficiente, redução da dependência de combustíveis
fósseis e descentralização quanto ao fornecimento de energia, permitindo que os indivíduos e
empresas sejam menos dependentes das concessionárias distribuidoras de energia.
Vantagens A cogeração representa uma alternativa de elevada eficiência energética, que permite
reduzir a factura energética dos consumidores com necessidades simultâneas de calor e
electricidade. Além disso, a cogeração apresenta a grande vantagem de reduzir o consumo de
energia primária, podendo reduzi-la de 15 a 30 % (ODDONE, 2009).
Outra vantagem da cogeração é a redução do impacto ambiental causado pela transformação de
energia, pois com a utilização de combustíveis fósseis resulta numa diminuição significativa das
emissões de gases poluentes. Ao produzir a electricidade e o calor no local da sua utilização, a
cogeração permite ainda reduzir os custos de transporte e distribuição da energia eléctrica.
11
3. FUNDAMENTACAO METODOLÓGICA
3.1 Modos de operação de sistemas de cogeração
Para cada sistema de cogeração é necessário definir-se as regras de funcionamento, bem como os
modos de operação. Assim sendo, define-se o modo de operação como a maneira segundo a qual
o sistema deve operar de forma a garantir a fiabilidade da instalação, bem como a utilização
racional da energia no processo. Sendo assim, devem ser tidos em conta factores de índole
técnica e económica na elaboração de um dado projecto, de entre os quais se salientam os
seguintes:
• Sintonia entre as características da instalação de cogeração e as necessidades térmicas e
eléctricas do sistema;
• Dados das necessidades térmicas da instalação, tendo em conta os níveis de temperatura e
as flutuações típicas, ao longo de um ciclo diário, mensal ou anual;
• Dados das necessidades eléctricas da instalação, incluindo variações características;
• Valores actuais do custo dos combustíveis e da electricidade comprada à rede, assim
como a sua evolução no tempo;
• Valores para os lucros conseguidos com a venda da electricidade produzida à rede, bem
como a projecção no futuro destes valores;
• Custos de operação e manutenção do sistema;
• Aspectos ambientais;
De forma a garantir a maior eficiência possível, na operação de um sistema de cogeração, é
necessário que a recuperação do calor rejeitado no processo de combustão seja a maior possível.
No entanto, para os casos em que o calor recuperado não é suficiente para satisfazer as
necessidades térmicas da instalação, é necessário recorrer-se a uma fonte de calor adicional como
sistema de apoio, como uma caldeira a gás, por exemplo.
Considera-se que um modo de funcionamento ideal acontece quando se verifica um equilíbrio e
o sistema de cogeração satisfaz na totalidade necessidades energéticas sem qualquer tipo de
défice ou excedente. No entanto, as necessidades da esmagadora maioria das instalações não são
regulares nem uniformes, mas sim bastantes variáveis no tempo, o que leva, tal como seria de
esperar, a que este modo de funcionamento, na prática, seja impossível. Uma forma de contornar
12
esta situação, é assegurando uma margem de segurança, permitindo que o sistema de cogeração
seja capaz de enfrentar tais desequilíbrios, e garantir o funcionamento à volta de um ponto médio
das necessidades de instalação, cuja definição pode ser um pouco complexa mas de grande
importância.
Desse modo, o modo de funcionamento é escolhido em função da supremacia de uma das formas
de energia (eléctrica ou térmica) sobre a outra, definindo-se qual o produto principal, segundo os
objectivos da instalação do sistema.
3.2 Modos de Funcionamento de um sistema de cogeração
O modo de funcionamento é escolhido em função da supremacia de uma das formas de energia
(eléctrica ou térmica) sobre a outra, definindo-se qual o produto principal, segundo os objectivos
da instalação do sistema.
Podem ser consideradas quatro estratégias normais de funcionamento para um projecto de
cogeração:
1 - Funcionamento em paridade térmica (controlo - calor)
Desta feita, o sistema de cogeração é projectado de modo a fornecer uma quantidade de calor
equivalente às necessidades térmicas da instalação, em cada período considerado. Desse modo, o
calor é o produto principal e a electricidade é um subproduto da cogeração.
De forma que um sistema possa vender o seu excedente à rede, ou adquirir electricidade,
consoante o caso, é necessário que este esteja ligado à rede pública.
2 - Funcionamento em paridade eléctrica
Neste modo de funcionamento, o sistema de cogeração é dimensionado de forma a satisfazer na
totalidade as necessidades eléctricas da instalação, em cada período de tempo considerado, tendo
em conta também os picos de consumo. Assim sendo, a electricidade é o produto principal e o
calor é um subproduto.
Quando o calor produzido pela instalação não é suficiente para cumprir com as necessidades
térmicas da mesma, é posto em funcionamento um sistema auxiliar de produção de calor para
suprir esta deficiência. Se, pelo contrário, o calor produzido for superior ao necessário, este será
13
rejeitado para o exterior, ou possivelmente, transportado para uma instalação próxima com
necessidades caloríficas.
3 - Funcionamento económico
Neste caso, o modo de funcionamento é projectado, antes de mais, tendo em conta os factores
económicos. Desse modo, o sistema de cogeração satisfaz uma parte ou a totalidade das
necessidades eléctricas de ponta da instalação, podendo até produzir um excesso de electricidade,
a qualquer momento, no caso de se verificar que tal situação é mais proveitosa, tendo em conta o
preço de compra e de venda da electricidade.
Neste exemplo, a instalação deve dispor de um equipamento suplementar, de forma a responder
as necessidades térmicas, em parte ou no todo, da instalação, uma vez que o mais provável é que
um sistema que adopte este modo de funcionamento não tenha a capacidade de as suprir.
4 - Funcionamento em cargas parciais
Neste tipo de funcionamento, o sistema de cogeração é subdimensionado tanto em relação às
necessidades térmicas como às eléctricas da instalação, respondendo apenas a cargas parciais
destas duas formas de energia.
Visto que o sistema não é capaz de suprir na totalidade, por si só, as necessidades energéticas da
instalação é necessário, por um lado, utilizar um equipamento de produção de energia e, por
outro, adquirir electricidade à rede.
Também podem ser considerados alguns modos de funcionamento combinados, como:
• Funcionamento em paridade térmica, com função pico – eléctrico;
• Electricidade máxima e/ou exigência de calor;
• Electricidade mínima e/ou exigência de calor;
• Modos de funcionamento de tempo variável, que são controlados por um sistema de
gestão de energia que selecciona um modo de funcionamento óptimo para cada
necessidade especifica.
14
O desenvolvimento de tecnologias como a automação leva a que, sejam cada vez mais
frequentes, modos de funcionamento de ciclo combinado, manipulados de forma automatizada,
recorrendo a avançados sistemas de controlo.
3.3 Descrição do funcionamento do sistema de cogeração
Fig n°4: Configuração de um sistema de cogeração movido a gás natural
Fonte: Oddone 2009
O motor é alimentado a gás natural, este que por sua vez gera energia mecânica, sendo a mesma
acoplada ao gerador eléctrico. A energia térmica proveniente dos gases do escape, do
arrefecimento do intercooler, do motor e do óleo do motor é enviada para a caldeira de
recuperação.
No gerador eléctrico, o trabalho de veio que sai do motor é convertido em electricidade. Quando
uma corrente passa por uma bobine é gerado um campo magnético, por outro lado, quando a
intensidade deste campo magnético varia, é induzida uma tensão no cabo da bobine.
Na caldeira de recuperação, é removida a energia térmica dos gases de escape do motor de
combustão interna, passando-a à água de alimentação da caldeira, aquecendo-a, transformando-a
em vapor. Por acção de uma válvula de três vias, é possível regular o caudal de gases de escape
enviado para a caldeira, permitindo o funcionamento ininterrupto do motor, direccionando
parcialmente ou totalmente os fumos para a chaminé, no caso de ser necessária a paragem da
geração de vapor.
15
Economizador é o primeiro patamar da caldeira de recuperação, onde a água de alimentação da
caldeira é previamente aquecida e posteriormente enviada ao vaporizador, e de seguida enviada
ao sobre aquecedor onde o vapor tem o ultimo contacto com os gases de escape, sendo este o
patamar mais quente.
Depois de vaporizada à temperatura e pressão necessárias é direccionado para o barrilete, onde é
feita a separação do vapor saturado. O vapor saturado que sai do barrilete vai para o
sobreaquecedor (se existir outro estagio) onde passa ao estado de vapor sobreaquecido e então é
encaminhado para a produção da fábrica.
O tanque de condensados, recebe os condensados que retornam da fábrica, após a utilização do
vapor nos vários permutadores ou equipamentos do processo. A água de adição, que compensa
perdas de água no circuito de vapor e condensados é fornecida ao tanque de condensados. Deste
tanque os condensados seguem novamente para a caldeira recuperadora.
As bombas garantem a circulação da água nos circuitos de aquecimento e arrefecimento e
combatem quedas de pressão derivadas da variação da localização em altura dos elementos do
sistema, das dimensões das condutas de circulação de água e respectivas geometrias e dos
próprios elementos constituintes do sistema.
O permutador de calor é constituído por placas finas que permitem a troca térmica entre
correntes de fluidos do circuito de arrefecimento do motor e o tanque de acumulação de água
quente. Havendo necessidade a agua pode ainda passar por um aerogerador que tem a função de
arrefecer a agua ate os valores dimensionados para o arrefecimento do motor.
3.3.1 Elementos que constituem o sistema de cogeração
• Motor;
• Gerador;
• Bombas;
• Permutadores de calor;
• Tanques de acumulação;
• UTA;
16
• Condutas de circulação do ar;
• Caldeira de recuperação;
• Colector de vapor.
17
3.4 Manutenção de Sistemas de Cogeração
Como já foi referido anteriormente, de uma maneira geral, os sistemas de Cogeração têm custos
de manutenção mais elevados que os sistemas convencionais de produção separada de
electricidade e calor. Tal situação deve-se ao facto de estes sistemas possuírem um maior número
de peças móveis, o que leva também, consequentemente, a um maior desgaste provocado pelo
seu funcionamento.
Mesmo assim, apesar dos elevados custos de manutenção dos sistemas de cogeração, tal factor
não deve ser considerado como uma desvantagem em relação aos sistemas convencionais, uma
vez que os proveitos conseguidos da PEP e da venda de electricidade à rede ultrapassam
largamente esse acréscimo de custo.
Nos sistemas de cogeração existem dois tipos de manutenção: a periódica e a forçada. A primeira
está relacionada com situações que estão previstas pelo fabricante do equipamento e cuja
realização garante a longevidade do mesmo, o bom funcionamento e a diminuição de casos de
manutenção forçada. Temos como exemplo deste tipo de manutenção a mudança de óleos, de
filtros, de velas de ignição, de líquidos de refrigeração e de alguns componentes de desgaste,
como é o caso das pás de um turbina ou micro-turbina. Por sua vez, as manutenções forçadas
acontecem sempre que ocorrem avarias que não estavam planeadas, tais como a necessidade de
substituição dos pistões de um motor, provocada por um sobreaquecimento.
Por existir a necessidade de interrupção da operação do sistema, em ambos os tipos de
manutenção, por norma, o trabalho deve ser realizado nos períodos que causem menor
transtorno, quer a nível operacional, sob o ponto de vista da evolução temporal das necessidades
energéticas da instalação, quer económico, tendo em conta o preço de venda de electricidade à
rede.
3.4.1 Manutenção De Turbinas A Gás
Fig n°5: Turbinas a Gás
Fonte: Professor Álvaro Augusto Almeida
18
As turbinas a gás são máquinas térmicas que transformam a energia química do combustível em
energia mecânica através de sua queima em uma câmara de combustão. A expansão destes gases
realiza trabalho no rotor. Acoplado a este rotor há uma máquina accionada, que pode ser um
gerador elétrico, responsável pela conversão de energia mecânica em energia elétrica, a hélice de
um avião ou outro equipamento rotativo.
Na manutenção de turbinas a gás, as partes que necessitam de mais atenção e cuidados são as
relacionadas com o processo de combustão e aquelas expostas a altas temperaturas dos gases, as
chamadas “partes” no percurso dos gases quentes. São incluídas:
• Tubos de chama
• Tubos de carregamento do fogo
• Peças de transição
• Bocais da turbina
• Cintas de fixação das palhetas estacionárias
• Palhetas da turbina
3.4.1.1 Planeamento Da Manutenção De Turbinas A Gás
As principais informações necessárias para programar e planejar a manutenção de turbinas a gás
são as seguintes:
1.Quantidade de horas de operação e número de partidas
Cálculo do número equivalente de horas de operação. Exemplo: Cada partida corresponde a um
número de horas de operação (exemplo: 30 horas ou 50 horas)
Com o exposto acima, de acordo com as recomendações de cada fabricante, é calculada uma
determinada quantidade de horas equivalentes para se realizar uma manutenção de turbina a gás.
Um fabricante, por exemplo, pode prever uma inspecção com 24.000 horas de operação, porém
este valor diminui conforme a quantidade de partidas que a turbina a gás executou. Factores
como a operação a carga pico (altas temperaturas de queima), a injeção de água e vapor e o tipo
de combustível podem fazer com que a manutenção seja requerida antes do momento planejado.
19
Os disparos da máquina durante a partida (trips) e as partidas rápidas podem adiantar o momento
da inspecção.
2. O planeamento da manutenção de turbina a gás também pode ser afectado pelo tipo de
combustível utilizado:
O uso do diesel ou hidrocarbonetos pesados em turbinas a gás leva a uma deterioração mais
rápida do equipamento e a necessidade de se realizar a manutenção geral com maior frequência.
Estes factores ocorrem em consequência de:
• Emissão de uma quantidade maior de energia térmica radiante, o que ocasiona uma
redução na vida útil dos elementos da câmara de combustão;
• Que estejam contidas no combustível, substâncias corrosivas como potássio, sódio;
chumbo e vanádio, que provocam corrosão de palhetas e bocais;
• Deposição de materiais.
Com o objectivo de controlar emissões e aumentar a potência das máquinas são injectados água e
vapor. Ao se adicionar água no fluxo de gás, sua condutividade é aumentada, incrementando a
intensidade de transferência de calor para os bocais e palhetas e, em correspondência, a
temperatura destes elementos.
Durante a manutenção de turbinas a gás é bastante comum verificar a deposição de poeira nas
pás do compressor ocorrido durante a operação, o que ocasiona uma redução de sua eficiência
em 70-85%. Uma das formas de se solucionar este problema é a realização de lavagem do
compressor de 1 – 3 vezes por semana.
3.4.1.2 Principais Atividades A Realizar Nos Diferentes Tipos De Manutenção De Turbinas
A Gás
As principais actividades a realizar na manutenção de turbinas a gás dependem bastante do
escopo dos trabalhos previstos e geralmente são classificados em inspecções correntes,
inspecções de combustão, inspecções do percurso de gases quentes e inspecções gerais.
20
As inspecções correntes estão relacionadas a observações gerais e contínuas, efectuadas com a
turbina a gás em operação, verificando os parâmetros abaixo:
• Temperatura na secção de fluxo das palhetas;
• Temperaturas dos mancais e das pressões de óleo
• Relação entre a temperatura de exaustão e a carga.
• Nível de vibrações
• Tempo de partida ou de parada do rotor após a suspensão de fornecimento de
combustível
Para as inspecções de combustão, são realizada a desmontagem e inspecção dos bocais de
combustível, tubos de chama, peças de transição, tubos de carregamento do fogo e retenção,
dispositivos de ignição, detectores de fogo e mangas de combustão.
Na inspecção do percurso de gases quentes são realizadas todas as actividades previstas na
inspecção de combustão, e, além disso, uma inspecção detalhada das cintas de fixação das
palhetas, dos bocais da turbina e das próprias palhetas. Para esta manutenção da turbina a gás é
removida a parte superior da carcaça da turbina
Na manutenção geral da turbina a gás, são examinados todos os componentes internos,
estacionários ou rotativos, desde a entrada até a exaustão da máquina. Inclui-se a verificação das
folgas, inspecção da intensidade da corrosão/oxidação/erosão, remoção e inspecção dos
diafragmas do compressor e das palhetas, inspecção dos mancais e selos, etc. Dependendo da
situação, pode ser necessária a substituição de todos os estágios de palhetas.
3.4.2 Manutenção de trocador de calor
Fig n°6: trocador ou permutador de calor
Fonte: Oddone 2009
21
Trocadores de calor e condensadores são responsáveis, dentro da indústria, pela manutenção da
temperatura de acordo com o produto fabricado pelo segmento. A manutenção de trocador de
calor se faz necessária de tempos em tempos, para assegurar a qualidade de funcionamento do
equipamento na produção.
A manutenção de trocador de calor é responsável por garantir um melhor desempenho térmico
em planos de elevadas rotatividade de troca de calor. É através da manutenção de trocador de
calor que se de garante o bom funcionamento de circuitos de óleo e água, injectores, extrusoras e
diversos tipos de circuitos hidráulicos, garantindo a segurança e a não contaminação dos fluidos.
A relação de qualidade e pureza dos produtos refrigerados por esse equipamento térmico, está
directamente relacionada com a qualidade da manutenção de trocador de calor. Através da
manutenção de trocador de calor, é feita a limpeza e manutenção de todos os componentes que
asseguram que a troca de calor seja realizada da maneira certa.
3.4.2.1 Procedimentos Rotineiros Na Manutenção De Trocador De Calor
São procedimentos comuns para a manutenção e reparo de equipamentos térmicos, os processos
de abrir todo o dispositivo, retiradas calculadas das gaxetas, amostragem por meio do líquido
penetrante de revelação, remontagem das gaxetas e um preciso fechamento do equipamento.
A manutenção periódica é extremamente importante para o funcionamento eficaz das placas
do Trocador de Calor.
São aplicados produtos específicos para cada caso na limpeza e remoção de cálcio, carbonatos,
sílica, graxas e demais substancias que ficam nas superfícies das placas e do trocador impedindo
a eficácia da troca térmica do equipamento.
Procedimentos
• Inspecção com LP para detectar trincas e micro trincas;
• Limpeza química das placas com produtos apropriados;
• Remoção das juntas usadas e colagem das juntas (gaxetas) novas;
• Conserto de canaletas e garfos de sustentação;
• Montagem e vendas de placas de Trocadores de Calor.
22
4. CONCLUSÃO
O autor conclui que com a descrição da operação e manutenção do sistema de cogeração, os
mestrandos podem estar em condições de operar e fazer a respectiva manutenção dos sistemas de
cogeração.
Os componentes indicados ao logo do trabalho, são suficientes para que um sistema de
cogeração funcione de forma eficiente.
Para fazer a manutenção do sistema é necessário identificar a manutenção necessária para cada
componente do sistema, pois cada um tem as suas particularidades.
23
5. SUGESTÕES
Sugerir que optem sempre por pessoal devidamente formado e com habilidades profissionais
para operar e fazer manutenção de sistemas de cogeração.
Sugerir que se elaborem planos de manutenção e seja feito um controlo minucioso de modo a se
observar a realização de manutenções
Sendo UDM uma instituição moçambicana que oferece engenheiros e técnicos qualificados, que
esta seja a opção para recrutar o pessoal formado em energias renováveis para operar em
sistemas de cogeração.
24
6.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• Barbeli, M. C. A cogeração de energia e sua importância do ponto de vista técnico,
econômico e ambiental. Empreendedorismo, Gestão e Negócios, v. 4, p. 238-246, 2015.
• Clementino, L. D. A conservação de energia por meio da cogeração de energia elétrica.
São Paulo: Érica, 2001.
• Oddone, B Michael sistemas de cogeracao, Nova York 2009.
• Basquerotto, almeida: Tipologias de máquinas de cogeração e trigeração, São Paulo.
2010
• Almeida Alvaro: sistemas de cogeracao 2007
•
• http://www.renovaveis.tecnopt.com/cogeracao
• http://www.comciencia.br/reportagens/energiaeletrica/energia06.htm
• http://representacoesservicos.blogspot.com/2008/08/como-funciona-cogerao-de-
enegianuclear.html
• http://www.artigosbrasil.net/art/misc/1954/cogeracao-energia.html
• www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018 pelas 13: 19min

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Operação e Manutenção de Sistemas de Cogeração

  • 1. 1 Pedro Amone Júnior Operação e Manutenção de Sistemas de Cogeração Mestrado Engenharia e Gestão de Energias Renováveis (UDM) Sistemas De Cogeração Maputo, Outubro de 2018
  • 2. 2 Universidade Técnica de Moçambique (UDM) Pedro Amone Júnior Operação e Manutenção de Sistemas de Cogeração Mestrado Engenharia e Gestão de Energias Renováveis Sistemas De Cogeração Professor: Prof. doutor Paulino Muteto Maputo, Outubro de 2018 Trabalho de investigação de carácter avaliativo, orientado ao Módulo de Sistemas De Cogeração no curso de Mestrado em Engenharia e Gestão de Energias Renováveis, leccionado na Universidade Técnica De Moçambique
  • 3. 3 Índice i. Lista de abreviaturas..................................................................................................................................5 1.INTRODUÇÃO .........................................................................................................................................6 1.1 Objectivos ...............................................................................................................................................7 1.1.1 Objectivo geral.................................................................................................................................7 1.1.2 Objectivos específicos .....................................................................................................................7 1.2 Justificativa .............................................................................................................................................7 2. REVISÃO TEÓRICA...............................................................................................................................8 2.1 Estado de arte......................................................................................................................................8 2.1.1 Ciclos topping..............................................................................................................................8 2.1.2 Ciclos bottoming..........................................................................................................................9 Aplicação de sistemas de cogeração ...................................................................................................10 Vantagens............................................................................................................................................10 3. FUNDAMENTACAO METODOLÓGICA...........................................................................................11 3.1 Modos de operação de sistemas de cogeração..................................................................................11 3.2 Modos de Funcionamento de um sistema de cogeração ...................................................................12 1 - Funcionamento em paridade térmica (controlo - calor).................................................................12 2 - Funcionamento em paridade eléctrica ...........................................................................................12 3 - Funcionamento económico............................................................................................................13 4 - Funcionamento em cargas parciais................................................................................................13 3.3 Descrição do funcionamento do sistema de cogeração.....................................................................14 3.3.1 Elementos que constituem o sistema de cogeração...................................................................15 3.4 Manutenção de Sistemas de Cogeração............................................................................................17 3.4.1 Manutenção De Turbinas A Gás................................................................................................17 3.4.2 Manutenção de trocador de calor...............................................................................................20 4. CONCLUSÃO........................................................................................................................................22
  • 5. 5 i. Lista de abreviaturas A: ampere I: Corrente Kw: kilowatt P: Potência UTA: unidade de tratamento de águas UDM: Universidade Técnica de Moçambique VA: volte ampere V: Volte W: Watt
  • 6. 6 1.INTRODUÇÃO O presente trabalho tem como tema Operação e Manutenção de Sistemas de Cogeração. É de salientar que o trabalho é de carácter avaliativo, referente ao módulo de sistemas de cogeração leccionada na Universidade Técnica de Moçambique (UDM) Com o aumento das necessidades energéticas por parte dos processos industriais modernos e os limites dos índices de poluição cada vez mais baixos, garantindo um impacto ambiental menor, tem vindo a ser quase obrigatória a implementação de soluções de exploração dos combustíveis fósseis mais eficientes e menos poluentes. Uma solução muito popular nas últimas décadas é a cogeração, caracterizada pela geração de dois tipos de energia, nomeadamente energia eléctrica e térmica (água quente, vapor), explorando apenas uma fonte de energia primária, os combustíveis fósseis. A evolução desta tecnologia reflecte-se numa diminuição das necessidades associadas à exploração da energia primária, num valor circundante dos 35 %, e ainda, uma diminuição dos custos provenientes da compra de electricidade à rede eléctrica. O processo de operação do sistema é a base fundamental para que se possa perceber as etapas necessárias para a produção de energia eléctrica e térmica. A manutenção é indispensável pois ela garante uma longa vida do sistema, um funcionamento eficiente, assim como a redução significativa de perdas. É necessário fundamentar que as manutenções preventivas são as que mais devem ser periodizadas de modo que o sistema não chegue a estar fora de serviço para dar lugar a manutenção correctiva. Ao logo trabalho estão descritos assuntos inerentes a revisão teórica, onde se definem conceitos fundamentais assim como o estado de arte, onde se descreves casos já estudados por alguns autores. Também esta descrito na fundamentação teórica o processo de operação e manutenção do sistema de cogeração, e depois a conclusão e referencias bibliográficas. O autor deste trabalho agradece criticas que culminem com o melhoramento do trabalho, pois é um trabalho investigativo não acabado e elaborado com a finalidade de ser apresentado como uma avaliação no processo de estudo e aprendizagem.
  • 7. 7 1.1 Objectivos 1.1.1 Objectivo geral ➢ Descrever o Princípio de Funcionamento e Manutenção de Sistemas de Cogeração 1.1.2 Objectivos específicos ➢ Identificar os principais componentes do sistema; ➢ Descrever o princípio de funcionamento do sistema; ➢ Descrever o processo de manutenção do sistema. 1.2 Justificativa A escolha do tema é justificada pela necessidade do autor compreender o processo de funcionamento do sistema assim como o processo de manutenção, para posteriormente poder aplica-lo em casos práticos que podem surgir no país, pois observa-se a necessidade de maximizar a produção com menos custos e sem prejudicar o ambiente. Os impactos positivos que o tema pode trazer em primeiro lugar são: a facilidade que a turma pode ter para perceber o módulo, pois o estudo será feito em forma de debate. Considera-se também um impacto positivo, a possibilidade dos mestrandos poderem operar de forma eficiente em sistemas de cogeração num futuro prévio.
  • 8. 8 2. REVISÃO TEÓRICA Segundo Oddone, “Co-geração é definida como o processo de transformação de uma forma de energia em mais de uma forma de energia útil.” A cogeração apresenta alta eficiência energética, pois não há o desperdício de energia térmica (como ocorre nas termoeléctricas puras), pois essa energia é utilizada em processos industriais, como secagem, aquecimento, cozimento, destilação A cogeração é definida como o processo de produção combinada de energia eléctrica e térmica, destinando-se ambas ao consumo próprio ou de terceiros. (BASQUEROTTO, 2010) Na ideia do autor, a cogeração pode ser definida como a produção combinada de energia térmica e de energia mecânica/eléctrica por meio de uma única fonte de combustível, como os derivados do petróleo, o gás natural, a biomassa, entre outras. Em sua grande maioria, os projectos de cogeração utilizam biomassa ou gás natural como combustível. Nos sistemas de cogeração busca-se aumentar a produção de energia a partir do uso mais eficiente do combustível utilizado. No sistema convencional de geração de energia, cerca de 65% da energia do combustível é perdida para o ambiente sob a forma de calor e apenas 35% é usada na geração de energia eléctrica. Já nos sistemas de cogeração, o aproveitamento da energia do combustível atinge valores superiores a 80%, sendo que cerca de 35% é usada na produção de energia eléctrica e aproximadamente 50% é transformada em energia térmica e aproveitada no processo, ou seja, na cogeração, parte da energia que seria desperdiçada é aproveitada e apenas cerca de 15% é perdida. www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018 pelas 13: 19min 2.1 Estado de arte Os sistemas de cogeração são classificados em dois grupos em função da seqüência de utilização da energia, podendo ser ciclos topping e ciclos bottoming. 2.1.1 Ciclos topping Neste ciclo, a geração de energia eléctrica antecede a produção de vapor, posteriormente o calor rejeitado pelo sistema de geração de eletricidade é aproveitado em um processo industrial. Em www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018 pelas 13: 19min.
  • 9. 9 Figura n 1: Ciclos topping Fonte: Prof. Alvaro Augusto W. de Almeida 2.1.2 Ciclos bottoming Neste ciclo, o calor da queima do combustível é utilizado primeiramente em um processo térmico da indústria e o calor rejeitado deste processo é empregado na produção de energia eléctrica. Em www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018 pelas 13: 19min. Figura n 2: Ciclo bottoming Fonte: Prof. Álvaro Augusto W. de Almeida Os sistemas do tipo topping são os mais utilizados, isso porque geralmente o calor rejeitado dos processos industriais encontra-se a uma temperatura relativamente baixa, não podendo ser empregado na geração de electricidade. Em www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018 pelas 13: 19min. Figura n 3: comparação dos ciclos topping e botopping Fonte: Alvaro Augusto W. de Almeida
  • 10. 10 Aplicação de sistemas de cogeração Os sistemas de cogeração podem ser aplicados em diferentes sectores: • No setor industrial, por exemplo, a cogeração pode ser utilizada nas indústrias químicas, Petroquímicas, Farmacêuticas, Sucroalcooleiras, Alimentos e bebidas; • Lavandarias; • Hospitais; • Prédios comerciais; • Hotéis; • Supermercados, etc. Vantagens Entre os benefícios da cogeração destacam-se: a redução dos gases do efeito estufa, uma vez que o processo de conversão de energia é mais eficiente, redução da dependência de combustíveis fósseis e descentralização quanto ao fornecimento de energia, permitindo que os indivíduos e empresas sejam menos dependentes das concessionárias distribuidoras de energia. Vantagens A cogeração representa uma alternativa de elevada eficiência energética, que permite reduzir a factura energética dos consumidores com necessidades simultâneas de calor e electricidade. Além disso, a cogeração apresenta a grande vantagem de reduzir o consumo de energia primária, podendo reduzi-la de 15 a 30 % (ODDONE, 2009). Outra vantagem da cogeração é a redução do impacto ambiental causado pela transformação de energia, pois com a utilização de combustíveis fósseis resulta numa diminuição significativa das emissões de gases poluentes. Ao produzir a electricidade e o calor no local da sua utilização, a cogeração permite ainda reduzir os custos de transporte e distribuição da energia eléctrica.
  • 11. 11 3. FUNDAMENTACAO METODOLÓGICA 3.1 Modos de operação de sistemas de cogeração Para cada sistema de cogeração é necessário definir-se as regras de funcionamento, bem como os modos de operação. Assim sendo, define-se o modo de operação como a maneira segundo a qual o sistema deve operar de forma a garantir a fiabilidade da instalação, bem como a utilização racional da energia no processo. Sendo assim, devem ser tidos em conta factores de índole técnica e económica na elaboração de um dado projecto, de entre os quais se salientam os seguintes: • Sintonia entre as características da instalação de cogeração e as necessidades térmicas e eléctricas do sistema; • Dados das necessidades térmicas da instalação, tendo em conta os níveis de temperatura e as flutuações típicas, ao longo de um ciclo diário, mensal ou anual; • Dados das necessidades eléctricas da instalação, incluindo variações características; • Valores actuais do custo dos combustíveis e da electricidade comprada à rede, assim como a sua evolução no tempo; • Valores para os lucros conseguidos com a venda da electricidade produzida à rede, bem como a projecção no futuro destes valores; • Custos de operação e manutenção do sistema; • Aspectos ambientais; De forma a garantir a maior eficiência possível, na operação de um sistema de cogeração, é necessário que a recuperação do calor rejeitado no processo de combustão seja a maior possível. No entanto, para os casos em que o calor recuperado não é suficiente para satisfazer as necessidades térmicas da instalação, é necessário recorrer-se a uma fonte de calor adicional como sistema de apoio, como uma caldeira a gás, por exemplo. Considera-se que um modo de funcionamento ideal acontece quando se verifica um equilíbrio e o sistema de cogeração satisfaz na totalidade necessidades energéticas sem qualquer tipo de défice ou excedente. No entanto, as necessidades da esmagadora maioria das instalações não são regulares nem uniformes, mas sim bastantes variáveis no tempo, o que leva, tal como seria de esperar, a que este modo de funcionamento, na prática, seja impossível. Uma forma de contornar
  • 12. 12 esta situação, é assegurando uma margem de segurança, permitindo que o sistema de cogeração seja capaz de enfrentar tais desequilíbrios, e garantir o funcionamento à volta de um ponto médio das necessidades de instalação, cuja definição pode ser um pouco complexa mas de grande importância. Desse modo, o modo de funcionamento é escolhido em função da supremacia de uma das formas de energia (eléctrica ou térmica) sobre a outra, definindo-se qual o produto principal, segundo os objectivos da instalação do sistema. 3.2 Modos de Funcionamento de um sistema de cogeração O modo de funcionamento é escolhido em função da supremacia de uma das formas de energia (eléctrica ou térmica) sobre a outra, definindo-se qual o produto principal, segundo os objectivos da instalação do sistema. Podem ser consideradas quatro estratégias normais de funcionamento para um projecto de cogeração: 1 - Funcionamento em paridade térmica (controlo - calor) Desta feita, o sistema de cogeração é projectado de modo a fornecer uma quantidade de calor equivalente às necessidades térmicas da instalação, em cada período considerado. Desse modo, o calor é o produto principal e a electricidade é um subproduto da cogeração. De forma que um sistema possa vender o seu excedente à rede, ou adquirir electricidade, consoante o caso, é necessário que este esteja ligado à rede pública. 2 - Funcionamento em paridade eléctrica Neste modo de funcionamento, o sistema de cogeração é dimensionado de forma a satisfazer na totalidade as necessidades eléctricas da instalação, em cada período de tempo considerado, tendo em conta também os picos de consumo. Assim sendo, a electricidade é o produto principal e o calor é um subproduto. Quando o calor produzido pela instalação não é suficiente para cumprir com as necessidades térmicas da mesma, é posto em funcionamento um sistema auxiliar de produção de calor para suprir esta deficiência. Se, pelo contrário, o calor produzido for superior ao necessário, este será
  • 13. 13 rejeitado para o exterior, ou possivelmente, transportado para uma instalação próxima com necessidades caloríficas. 3 - Funcionamento económico Neste caso, o modo de funcionamento é projectado, antes de mais, tendo em conta os factores económicos. Desse modo, o sistema de cogeração satisfaz uma parte ou a totalidade das necessidades eléctricas de ponta da instalação, podendo até produzir um excesso de electricidade, a qualquer momento, no caso de se verificar que tal situação é mais proveitosa, tendo em conta o preço de compra e de venda da electricidade. Neste exemplo, a instalação deve dispor de um equipamento suplementar, de forma a responder as necessidades térmicas, em parte ou no todo, da instalação, uma vez que o mais provável é que um sistema que adopte este modo de funcionamento não tenha a capacidade de as suprir. 4 - Funcionamento em cargas parciais Neste tipo de funcionamento, o sistema de cogeração é subdimensionado tanto em relação às necessidades térmicas como às eléctricas da instalação, respondendo apenas a cargas parciais destas duas formas de energia. Visto que o sistema não é capaz de suprir na totalidade, por si só, as necessidades energéticas da instalação é necessário, por um lado, utilizar um equipamento de produção de energia e, por outro, adquirir electricidade à rede. Também podem ser considerados alguns modos de funcionamento combinados, como: • Funcionamento em paridade térmica, com função pico – eléctrico; • Electricidade máxima e/ou exigência de calor; • Electricidade mínima e/ou exigência de calor; • Modos de funcionamento de tempo variável, que são controlados por um sistema de gestão de energia que selecciona um modo de funcionamento óptimo para cada necessidade especifica.
  • 14. 14 O desenvolvimento de tecnologias como a automação leva a que, sejam cada vez mais frequentes, modos de funcionamento de ciclo combinado, manipulados de forma automatizada, recorrendo a avançados sistemas de controlo. 3.3 Descrição do funcionamento do sistema de cogeração Fig n°4: Configuração de um sistema de cogeração movido a gás natural Fonte: Oddone 2009 O motor é alimentado a gás natural, este que por sua vez gera energia mecânica, sendo a mesma acoplada ao gerador eléctrico. A energia térmica proveniente dos gases do escape, do arrefecimento do intercooler, do motor e do óleo do motor é enviada para a caldeira de recuperação. No gerador eléctrico, o trabalho de veio que sai do motor é convertido em electricidade. Quando uma corrente passa por uma bobine é gerado um campo magnético, por outro lado, quando a intensidade deste campo magnético varia, é induzida uma tensão no cabo da bobine. Na caldeira de recuperação, é removida a energia térmica dos gases de escape do motor de combustão interna, passando-a à água de alimentação da caldeira, aquecendo-a, transformando-a em vapor. Por acção de uma válvula de três vias, é possível regular o caudal de gases de escape enviado para a caldeira, permitindo o funcionamento ininterrupto do motor, direccionando parcialmente ou totalmente os fumos para a chaminé, no caso de ser necessária a paragem da geração de vapor.
  • 15. 15 Economizador é o primeiro patamar da caldeira de recuperação, onde a água de alimentação da caldeira é previamente aquecida e posteriormente enviada ao vaporizador, e de seguida enviada ao sobre aquecedor onde o vapor tem o ultimo contacto com os gases de escape, sendo este o patamar mais quente. Depois de vaporizada à temperatura e pressão necessárias é direccionado para o barrilete, onde é feita a separação do vapor saturado. O vapor saturado que sai do barrilete vai para o sobreaquecedor (se existir outro estagio) onde passa ao estado de vapor sobreaquecido e então é encaminhado para a produção da fábrica. O tanque de condensados, recebe os condensados que retornam da fábrica, após a utilização do vapor nos vários permutadores ou equipamentos do processo. A água de adição, que compensa perdas de água no circuito de vapor e condensados é fornecida ao tanque de condensados. Deste tanque os condensados seguem novamente para a caldeira recuperadora. As bombas garantem a circulação da água nos circuitos de aquecimento e arrefecimento e combatem quedas de pressão derivadas da variação da localização em altura dos elementos do sistema, das dimensões das condutas de circulação de água e respectivas geometrias e dos próprios elementos constituintes do sistema. O permutador de calor é constituído por placas finas que permitem a troca térmica entre correntes de fluidos do circuito de arrefecimento do motor e o tanque de acumulação de água quente. Havendo necessidade a agua pode ainda passar por um aerogerador que tem a função de arrefecer a agua ate os valores dimensionados para o arrefecimento do motor. 3.3.1 Elementos que constituem o sistema de cogeração • Motor; • Gerador; • Bombas; • Permutadores de calor; • Tanques de acumulação; • UTA;
  • 16. 16 • Condutas de circulação do ar; • Caldeira de recuperação; • Colector de vapor.
  • 17. 17 3.4 Manutenção de Sistemas de Cogeração Como já foi referido anteriormente, de uma maneira geral, os sistemas de Cogeração têm custos de manutenção mais elevados que os sistemas convencionais de produção separada de electricidade e calor. Tal situação deve-se ao facto de estes sistemas possuírem um maior número de peças móveis, o que leva também, consequentemente, a um maior desgaste provocado pelo seu funcionamento. Mesmo assim, apesar dos elevados custos de manutenção dos sistemas de cogeração, tal factor não deve ser considerado como uma desvantagem em relação aos sistemas convencionais, uma vez que os proveitos conseguidos da PEP e da venda de electricidade à rede ultrapassam largamente esse acréscimo de custo. Nos sistemas de cogeração existem dois tipos de manutenção: a periódica e a forçada. A primeira está relacionada com situações que estão previstas pelo fabricante do equipamento e cuja realização garante a longevidade do mesmo, o bom funcionamento e a diminuição de casos de manutenção forçada. Temos como exemplo deste tipo de manutenção a mudança de óleos, de filtros, de velas de ignição, de líquidos de refrigeração e de alguns componentes de desgaste, como é o caso das pás de um turbina ou micro-turbina. Por sua vez, as manutenções forçadas acontecem sempre que ocorrem avarias que não estavam planeadas, tais como a necessidade de substituição dos pistões de um motor, provocada por um sobreaquecimento. Por existir a necessidade de interrupção da operação do sistema, em ambos os tipos de manutenção, por norma, o trabalho deve ser realizado nos períodos que causem menor transtorno, quer a nível operacional, sob o ponto de vista da evolução temporal das necessidades energéticas da instalação, quer económico, tendo em conta o preço de venda de electricidade à rede. 3.4.1 Manutenção De Turbinas A Gás Fig n°5: Turbinas a Gás Fonte: Professor Álvaro Augusto Almeida
  • 18. 18 As turbinas a gás são máquinas térmicas que transformam a energia química do combustível em energia mecânica através de sua queima em uma câmara de combustão. A expansão destes gases realiza trabalho no rotor. Acoplado a este rotor há uma máquina accionada, que pode ser um gerador elétrico, responsável pela conversão de energia mecânica em energia elétrica, a hélice de um avião ou outro equipamento rotativo. Na manutenção de turbinas a gás, as partes que necessitam de mais atenção e cuidados são as relacionadas com o processo de combustão e aquelas expostas a altas temperaturas dos gases, as chamadas “partes” no percurso dos gases quentes. São incluídas: • Tubos de chama • Tubos de carregamento do fogo • Peças de transição • Bocais da turbina • Cintas de fixação das palhetas estacionárias • Palhetas da turbina 3.4.1.1 Planeamento Da Manutenção De Turbinas A Gás As principais informações necessárias para programar e planejar a manutenção de turbinas a gás são as seguintes: 1.Quantidade de horas de operação e número de partidas Cálculo do número equivalente de horas de operação. Exemplo: Cada partida corresponde a um número de horas de operação (exemplo: 30 horas ou 50 horas) Com o exposto acima, de acordo com as recomendações de cada fabricante, é calculada uma determinada quantidade de horas equivalentes para se realizar uma manutenção de turbina a gás. Um fabricante, por exemplo, pode prever uma inspecção com 24.000 horas de operação, porém este valor diminui conforme a quantidade de partidas que a turbina a gás executou. Factores como a operação a carga pico (altas temperaturas de queima), a injeção de água e vapor e o tipo de combustível podem fazer com que a manutenção seja requerida antes do momento planejado.
  • 19. 19 Os disparos da máquina durante a partida (trips) e as partidas rápidas podem adiantar o momento da inspecção. 2. O planeamento da manutenção de turbina a gás também pode ser afectado pelo tipo de combustível utilizado: O uso do diesel ou hidrocarbonetos pesados em turbinas a gás leva a uma deterioração mais rápida do equipamento e a necessidade de se realizar a manutenção geral com maior frequência. Estes factores ocorrem em consequência de: • Emissão de uma quantidade maior de energia térmica radiante, o que ocasiona uma redução na vida útil dos elementos da câmara de combustão; • Que estejam contidas no combustível, substâncias corrosivas como potássio, sódio; chumbo e vanádio, que provocam corrosão de palhetas e bocais; • Deposição de materiais. Com o objectivo de controlar emissões e aumentar a potência das máquinas são injectados água e vapor. Ao se adicionar água no fluxo de gás, sua condutividade é aumentada, incrementando a intensidade de transferência de calor para os bocais e palhetas e, em correspondência, a temperatura destes elementos. Durante a manutenção de turbinas a gás é bastante comum verificar a deposição de poeira nas pás do compressor ocorrido durante a operação, o que ocasiona uma redução de sua eficiência em 70-85%. Uma das formas de se solucionar este problema é a realização de lavagem do compressor de 1 – 3 vezes por semana. 3.4.1.2 Principais Atividades A Realizar Nos Diferentes Tipos De Manutenção De Turbinas A Gás As principais actividades a realizar na manutenção de turbinas a gás dependem bastante do escopo dos trabalhos previstos e geralmente são classificados em inspecções correntes, inspecções de combustão, inspecções do percurso de gases quentes e inspecções gerais.
  • 20. 20 As inspecções correntes estão relacionadas a observações gerais e contínuas, efectuadas com a turbina a gás em operação, verificando os parâmetros abaixo: • Temperatura na secção de fluxo das palhetas; • Temperaturas dos mancais e das pressões de óleo • Relação entre a temperatura de exaustão e a carga. • Nível de vibrações • Tempo de partida ou de parada do rotor após a suspensão de fornecimento de combustível Para as inspecções de combustão, são realizada a desmontagem e inspecção dos bocais de combustível, tubos de chama, peças de transição, tubos de carregamento do fogo e retenção, dispositivos de ignição, detectores de fogo e mangas de combustão. Na inspecção do percurso de gases quentes são realizadas todas as actividades previstas na inspecção de combustão, e, além disso, uma inspecção detalhada das cintas de fixação das palhetas, dos bocais da turbina e das próprias palhetas. Para esta manutenção da turbina a gás é removida a parte superior da carcaça da turbina Na manutenção geral da turbina a gás, são examinados todos os componentes internos, estacionários ou rotativos, desde a entrada até a exaustão da máquina. Inclui-se a verificação das folgas, inspecção da intensidade da corrosão/oxidação/erosão, remoção e inspecção dos diafragmas do compressor e das palhetas, inspecção dos mancais e selos, etc. Dependendo da situação, pode ser necessária a substituição de todos os estágios de palhetas. 3.4.2 Manutenção de trocador de calor Fig n°6: trocador ou permutador de calor Fonte: Oddone 2009
  • 21. 21 Trocadores de calor e condensadores são responsáveis, dentro da indústria, pela manutenção da temperatura de acordo com o produto fabricado pelo segmento. A manutenção de trocador de calor se faz necessária de tempos em tempos, para assegurar a qualidade de funcionamento do equipamento na produção. A manutenção de trocador de calor é responsável por garantir um melhor desempenho térmico em planos de elevadas rotatividade de troca de calor. É através da manutenção de trocador de calor que se de garante o bom funcionamento de circuitos de óleo e água, injectores, extrusoras e diversos tipos de circuitos hidráulicos, garantindo a segurança e a não contaminação dos fluidos. A relação de qualidade e pureza dos produtos refrigerados por esse equipamento térmico, está directamente relacionada com a qualidade da manutenção de trocador de calor. Através da manutenção de trocador de calor, é feita a limpeza e manutenção de todos os componentes que asseguram que a troca de calor seja realizada da maneira certa. 3.4.2.1 Procedimentos Rotineiros Na Manutenção De Trocador De Calor São procedimentos comuns para a manutenção e reparo de equipamentos térmicos, os processos de abrir todo o dispositivo, retiradas calculadas das gaxetas, amostragem por meio do líquido penetrante de revelação, remontagem das gaxetas e um preciso fechamento do equipamento. A manutenção periódica é extremamente importante para o funcionamento eficaz das placas do Trocador de Calor. São aplicados produtos específicos para cada caso na limpeza e remoção de cálcio, carbonatos, sílica, graxas e demais substancias que ficam nas superfícies das placas e do trocador impedindo a eficácia da troca térmica do equipamento. Procedimentos • Inspecção com LP para detectar trincas e micro trincas; • Limpeza química das placas com produtos apropriados; • Remoção das juntas usadas e colagem das juntas (gaxetas) novas; • Conserto de canaletas e garfos de sustentação; • Montagem e vendas de placas de Trocadores de Calor.
  • 22. 22 4. CONCLUSÃO O autor conclui que com a descrição da operação e manutenção do sistema de cogeração, os mestrandos podem estar em condições de operar e fazer a respectiva manutenção dos sistemas de cogeração. Os componentes indicados ao logo do trabalho, são suficientes para que um sistema de cogeração funcione de forma eficiente. Para fazer a manutenção do sistema é necessário identificar a manutenção necessária para cada componente do sistema, pois cada um tem as suas particularidades.
  • 23. 23 5. SUGESTÕES Sugerir que optem sempre por pessoal devidamente formado e com habilidades profissionais para operar e fazer manutenção de sistemas de cogeração. Sugerir que se elaborem planos de manutenção e seja feito um controlo minucioso de modo a se observar a realização de manutenções Sendo UDM uma instituição moçambicana que oferece engenheiros e técnicos qualificados, que esta seja a opção para recrutar o pessoal formado em energias renováveis para operar em sistemas de cogeração.
  • 24. 24 6.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Barbeli, M. C. A cogeração de energia e sua importância do ponto de vista técnico, econômico e ambiental. Empreendedorismo, Gestão e Negócios, v. 4, p. 238-246, 2015. • Clementino, L. D. A conservação de energia por meio da cogeração de energia elétrica. São Paulo: Érica, 2001. • Oddone, B Michael sistemas de cogeracao, Nova York 2009. • Basquerotto, almeida: Tipologias de máquinas de cogeração e trigeração, São Paulo. 2010 • Almeida Alvaro: sistemas de cogeracao 2007 • • http://www.renovaveis.tecnopt.com/cogeracao • http://www.comciencia.br/reportagens/energiaeletrica/energia06.htm • http://representacoesservicos.blogspot.com/2008/08/como-funciona-cogerao-de- enegianuclear.html • http://www.artigosbrasil.net/art/misc/1954/cogeracao-energia.html • www.infoescola.com/energia/cogeracao/ 15/10/2018 pelas 13: 19min