Avaliação da influência da vazão e da temperatura do ar de admissão no desempenho de uma planta compacta de cogeração

Abstract

A eficiência das microturbinas varia entre 20 e 30% quando operam em ciclo simples. Assim sendo, de 70 a 80% da energia primária contida no combustível é perdida para o ambiente na forma de calor. Com base nisso, buscou-se formas de aumentar o aproveitamento da energia disponível no combustível. Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo matemático para uma planta compacta de cogeração, com o objetivo de avaliar a influência de alguns parâmetros de operação na produção de potência útil. O sistema de potência da planta é composto por uma microturbina a gás natural, enquanto que o sistema de cogeração comporta duas caldeiras de recuperação de calor, que servem como fonte térmica para duas máquinas de refrigeração por sorção. Sendo a primeira delas por absorção e a segunda por adsorção. Os parâmetros avaliados foram a temperatura de admissão do ar e a vazão mássica dos gases de exaustão da microturbina. Como resultados, verificou-se a influência desses parâmetros na eficiência e potência elétrica da microturbina, temperatura dos gases de exaustão e potência térmica recuperada nas caldeiras, e produção de potência frigorífica nos chillers de absorção e adsorção, a partir do aproveitamento do rejeito térmico. Nos sistemas de refrigeração, considerou-se a temperatura de evaporação como 5°C e a de condensação como 30°C, sendo que foi utilizada sílica-gel como adsorvente e água como refrigerante, no sistema de adsorção. No sistema de absorção, utilizou-se água como fluido absorvedor e amônia como fluído refrigerante. Como fluído térmico, utilizou-se vapor saturado na caldeira de recuperação primária e água quente na caldeira de recuperação secundária. Os resultados indicaram que a redução da temperatura de admissão do ar na microturbina afeta positivamente a eficiência e a produção de potência elétrica. Porém, diminui a temperatura de exaustão dos gases, reduzindo o potencial de cogeração e consequentemente a produção de efeito frigorífico. Os resultados também indicaram que a redução da vazão dos gases (redução de carga) compromete significativamente, de forma negativa, a eficiência elétrica da microturbina. Por último, fez-se uma comparação entre os resultados obtidos com o modelo e os dados apontados pelo fabricante, assim como alguns resultados experimentais disponíveis na literatura. Nessa análise, observou-se que o modelo apresentou resultados satisfatórios na simulação da microturbina.