Energia termossolar como alternativa na geração de vapor e água quente no setor agroindustrial

Abstract

Nos últimos anos tem-se dado importante atenção ao desenvolvimento e exploração de novas tecnologias para geração de energia, focadas no aproveitamento de fontes renováveis. Neste cenário, para o presente trabalho avaliou-se a viabilidade técnica e econômica da utilização de campo solar do tipo Fresnel e de campo de coletores de placas planas para atender parcialmente as demandas de vapor saturado e de água quente de frigoríficos. O presente estudo foi realizado em cooperação com uma empresa do setor agroindustrial, localizada no oeste do estado do Paraná. A planta estudada conta com um sistema de geração de vapor a biomassa (cavaco de Eucalipto) com capacidade nominal de 40 t/h de vapor saturado a 9 bar efetivo (180 °C). Como primeiro passo, foi realizada a coleta de dados em campo e posterior cálculo da eficiência térmica do sistema de geração de vapor em condições de carga parcial para vários pontos de demanda de vapor. Após, propôs-se a instalação de campo solar Fresnel em paralelo com a caldeira como forma de promover a economia de biomassa durante as horas de sol. Nesse sentido, foram analisadas três áreas de espelhos, as quais permitem anualmente a economia de biomassa entre 1431 t a 7157 t. O campo de coletores planos por sua vez, foi projetado para aquecer, na condição de projeto, 100 m3/h de água promovendo economia de vapor saturado fornecido pela caldeira. A área líquida de coletores dimensionada, permitirá a economia anual em biomassa de 1486 t. A análise da viabilidade econômica dos projetos foi realizada por meio do cálculo dos parâmetros Taxa Interna de Retorno TIR, Valor Presente Líquido VPL e tempo de retorno do investimento payback. Após a análise de cada cenário, pôde-se identificar que a integração da planta com concentradores Fresnel promoveu os maiores níveis de economia de combustível. No entanto, em função do elevado custo dos concentradores, essa opção não se mostrou economicamente viável. Por outro lado, a utilização de placas planas para produção de água quente apresentou-se mais atrativa economicamente, apontando para a possibilidade de utilização dessa tecnologia para atender parcialmente a demanda térmica de frigoríficos.

Abstract : In the last years, important attention has been given to the development and utilization of new technologies for energy generation, focused on the use of renewable sources. In this scenario, the technical and economic viability about the use of a Fresnel solar field and a plate collectors solar field, were evaluated to supply partially the demands of saturated steam and hot water of slaughterhouses. The present study was carried out in partnership with an agroindustrial company located in the west of Parana state. The studied plant is equipped with a biomass steam generation system (Eucalyptus wood chips) with a nominal capacity of 40 t/h of saturated steam at 9 bar (effective). As a first step, field data collection and subsequent calculation of the thermal efficiency of the steam generation system under partial load conditions were performed for several points of steam demand. Afterwards, it was proposed to install a Fresnel solar field in parallel with the boiler to promote biomass saving during the sunny hours. In this regard, three aperture areas of mirrors were analyzed, allowing the annual biomass economy between 1431 t to 7157 t. The flat plate collectors solar field, in turn, was designed to heat 100 m3/h of water in the design point, reducing the saturated steam demand supplied by the boiler. The collectors aperture area allows an annual biomass saving of 1486 t. The economic feasibility analysis of the projects was carried out by calculating the parameters Internal Rate of Return (IRR), Net Present Value (NPV) and payback time. With respect to economy and solar share, the Fresnel technology provided the most promising results. Nevertheless, the high prices associated with Fresnel concentrators turned the studied scenarios not feasible. In the other hand, more attractive results in terms of economic viability, were obtained considering the application of flat plate collectors for hot water production, indicating the potential of this technology to be applied for partially supplying the thermal energy demand of slaughterhouses.