Avaliação Termodinâmica da Repotenciação de Usinas Termelétricas Equipadas com Motores de Combustão Interna por meio da Recuperação de Calor Residual
Alexandre Persuhn Morawski1; José Joaquim Conceição Soares Santos1; João Luiz Marcon Donatelli1; Carla César Martins1
1 Universidade Federal do Espírito Santo
doi:10.20906/CPS/CON-2016-0470
Resumo
Em termelétricas com motores de combustão interna, uma grande quantidade de calor é rejeitada através da água de resfriamento e também dos gases de exaustão. Devido a este fato, um sistema térmico de recuperação de calor pode ser projetado para ser acoplado à termelétrica, visando aumentar a potência produzida com o mesmo consumo de combustível. Neste trabalho, é realizada uma avaliação termodinâmica de alternativas de repotenciação de termelétricas equipadas com motores de combustão interna, por meio da recuperação de calor residual. As tecnologias examinadas são o ciclo Rankine Orgânico, o ciclo Kalina, o resfriamento do ar de admissão do motor utilizando ciclo de refrigeração por absorção e o ciclo combinado. As avaliações são baseadas na primeira e na segunda leis da termodinâmica, e irão definir qual dessas alternativas apresenta um maior aumento na potência líquida produzida e na eficiência de termelétricas, tendo a UTE Viana como estudo de caso. Estas análises mostram que, das quatro alternativas propostas, o ciclo Rankine Orgânico (ORC) foi a que apresentou melhores resultados, em termos de potência adicional e eficiência. Para o aproveitamento exclusivo do calor da água de resfriamento do motor, o ORC também se revelou uma alternativa bastante atrativa. Na aplicação à UTE Viana, a combinação do aproveitamento dos gases de exaustão e da água de resfriamento através do ciclo Rankine Orgânico mostrou-se capaz de gerar uma potência elétrica adicional de até 10,6 MW, o que equivale a um aumento de 6,1% da potência atualmente produzida, sem queima adicional de combustível.
Palavras-chave: termelétrica; motor diesel; calor residual; ciclo Rankine Orgânico; ciclo Kalina