Análise exergoeconômica de uma planta de cogeração baseada em microturbina a gás natural e refrigeração por absorção pela teoria do custo exergético

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaSistemas de cogeração apresentam alta eficiência energética e são projetados para atender demandas elétricas e térmicas, geralmente de empresas de médio e de grande porte. Unidades compactas de cogeração representam uma oportunidade nova no mercado nacional e sua aplicação em escala comercial poderá atender à demanda de escolas, hotéis e pequenos estabelecimentos industriais e comerciais. Existe um contingente significativo de pesquisadores e de empresas envolvidas no assunto, na expectativa de melhorar sua tecnologia e ampliar sua aplicação no mercado de gás natural. Uma série de técnicas de otimização vem sendo desenvolvida com o objetivo de reduzir custos e aumentar o desempenho de sistemas térmicos em geral. O objetivo deste trabalho é analisar um sistema compacto de cogeração, otimizando parâmetros operacionais e construtivos, bem como alocando custos exergéticos e exergoeconômicos aos produtos finais, pela Teoria do Custo Exergético formulada por Lozano e Valero. O sistema de cogeração consiste principalmente de uma microturbina a gás natural com uma capacidade nominal de geração elétrica de 28 kW, atualmente em operação na UFSC, associada a uma máquina de refrigeração por absorção LiBr/H2O com uma capacidade de refrigeração de aproximadamente 30 kW. A Teoria do Custo Exergético é uma poderosa ferramenta para mapear a formação dos custos produtivos e otimizar sistemas térmicos. A energia elétrica apresentou valores de custos unitários exergético e exergoeconômico de 2,4 e 16,4 US$/GJ, respectivamente. A água gelada apresentou valores unitários de custo exergético e exergoeconômico de 33,7 e 231,3 US$/GJ, respectivamente. Para a planta de cogeração proposta neste trabalho, a câmara de combustão é o componente que apresentou a maior taxa de irreversibilidade, sendo responsável por 45% de toda destruição de exergia do sistema. Compressor e turbina apresentaram irreversibilidade baixa. O pré-aquecedor de ar foi responsável por 14% da irreversibilidade gerada no sistema. O sistema de refrigeração apresentou uma considerável taxa de destruição de exergia, de 6,7%, uma baixa eficiência exergética, de 21%, e uma alta taxa de custo associado à irreversibilidade de 1,014 US$/h. De acordo com processo de otimização exergoeconômica, melhores resultados foram obtidos com a diminuição nos custos de investimento de cerca de 3,25%, conduzindo a uma redução de 0,089% nos custos exergoeoconômicos dos produtos finais, correspondentes à energia elétrica e água gelada produzida na planta