Sistemas de cogeração baseados em células-combustível aplicados em hospitais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.Cogeração é a produção simultânea de energia eletromecânica e térmica, a partir de uma mesma fonte de energia primária. No presente trabalho são propostos e analisados sistemas de cogeração a gás natural aplicados no setor hospitalar em um contexto de Conservação de Energia. No Brasil, nesse momento em particular, a importância desse contexto é clara, devido à crise de suprimento de energia elétrica cujas principais causas são: (i) ausência de uma política energética capaz de atender ao alto crescimento da atividade industrial dos últimos anos; (ii) estiagem prolongada, uma vez que aproximadamente 90% da energia elétrica produzida no país vem de grandes hidrelétricas; (iii) baixa capacidade do sistema de distribuição integrado. Além disso, conservar energia traz reflexos diretos sobre a diminuição de impactos sociais e ambientais advindos da produção de energia elétrica, sejam devidos à emissão de gases poluentes em termelétricas ou devidos à formação de grandes reservatórios das hidrelétricas. Os sistemas de cogeração analisados são baseados em três tipos diferentes de células-combustível, visando avaliar e comparar os respectivos desempenhos energéticos, exergéticos e econômicos, além das emissões de CO2. Células-combustível são unidades que convertem diretamente a energia química de um combustível em eletricidade, num processo eletroquímico que não tem relação com a limitação imposta pela eficiência de Carnot. Assim, a eficiência das células-combustível é comparativamente mais alta do que um ciclo termodinâmico convencional de geração de energia eletromecânica - por exemplo, o ciclo de Rankine - e atinge valores em torno de 45%. Simulações numéricas são realizadas para a célula-combustível e para diferentes sistemas de cogeração, visando determinar da viabilidade técnica, econômica e do impacto ambiental decorrente da emissão de CO2. Os resultados das simulações mostram um desempenho energético, exergético e ambiental satisfatório. De um modo geral, todos os sistemas de cogeração propostos apresentam boa perspectiva de viabilização, dependendo do cenário econômico considerado, conforme resultados obtidos de análises de sensibilidade da tarifa de gás natural, tarifa de eletricidade, valor de excedente e taxas verdes sobre a taxa interna de retorno e o prazo de retorno de investimento