ARTIGO TÉCNICO
revista técnico-profissional
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o electricista Telmo Rocha Engenheiro Electrotécnico, Major em Energia (FEUP)
cogeração
{4.ª PARTE › TECNOLOGIAS DE COGERAÇÃO}
Na quarta parte deste conjunto de artigos, apresenta-se detalhadamente as tecnologias ao serviço das soluções de Cogeração. São expostos os princípios de funcionamento das diversas máquinas, complementados por uma análise comparativa das suas vantagens e desvantagens de aplicação. Abordam-se, ainda, outras questões técnicas, tais como os factores a considerar na selecção da tecnologia a utilizar em cada caso, questões relacionadas com a Operação e Manutenção (O&M) e a possibilidade de telegestão destes sistemas. (continuação da edição anterior)
4› TECNOLOGIAS DE COGERAÇÃO Existem diversas formas de classificar os sistemas de Cogeração. No entanto, geralmente, estes caracterizam-se de acordo com o tipo de máquina térmica com que são equipados. Assim, podem ser distinguidas as seguintes tecnologias: › turbinas a gás; › turbinas a vapor; › ciclo combinado; › motores alternativos ou de combustão interna (de ignição por explosão – ciclo de Otto – ou de ignição por compressão interna – ciclo de Diesel). Todas estas tecnologias são designadas por convencionais uma vez que, no fundamental, já atingiram a maturidade [1]. O funcionamento das grandes centrais termoeléctricas baseia-se no Ciclo de Rankine, isto é, a água enquanto fluido de trabalho muda de fase ao longo do ciclo termodinâmico. Nos motores Otto, nos motores Diesel e nas turbinas a gás o fluido de trabalho é um gás que, ao longo do ciclo termodinâmico, sofre uma mudança de composição. Inicialmente,
o fluido de trabalho é o ar e, durante o processo, é-lhe adicionado combustível, transformando-se numa mistura ar-combustível à qual se dá o nome de produto de combustão [1] [2]. Assim, este tipo de equipamentos denomina-se de combustão interna, enquanto que as centrais convencionais e outros equipamentos se denominam de combustão externa pois, nesses casos, o calor é transferido dos produtos de combustão para o fluido de trabalho, o qual não sofre quaisquer mudanças [3].
por Ciclo Superior (Topping Cycle) e Ciclo Inferior (Bottoming Cycle) [4].
Nos equipamentos de combustão interna, o fluido de trabalho opera em ciclo aberto. Todavia, quando se analisa o funcionamento deste tipo de máquinas, recorrendo a ciclos termodinâmicos, usam-se ciclos fechados que aproximam os ciclos abertos reais. Assim, a análise do funcionamento de máquinas de combustão interna é uma análise aproximada, mas cujas conclusões qualitativas são usualmente consideradas válidas [3].
Por seu turno, num Ciclo Inferior, o calor de um processo industrial é recuperado e utilizado na produção de electricidade. Por este motivo, este tipo de ciclo tem uma utilização mais frequente em indústrias e, de entre os equipamentos utilizados, destacam-se as caldeiras de recuperação [1] [4].
Há, ainda, dois conceitos de extrema importância no que concerne a equipamentos de Cogeração, relacionados com as temperaturas a que é fornecido o calor e com a produção de energia eléctrica. Designam-se
Num Ciclo Superior, a electricidade é produzida em primeiro lugar, sendo posteriormente efectuada a recuperação do calor a partir das perdas térmicas que ocorrem no processo de combustão. As turbinas a gás, os esquemas de ciclo combinado, os motores alternativos ou de combustão interna e as turbinas a vapor de contrapressão funcionam segundo ciclos deste tipo [1] [4].
4.1› Turbinas a gás Uma turbina a gás, também denominada por turbina de combustão, é um motor rotativo que extrai energia do fluxo de um gás combustível. A montante da câmara de combustão, possui um compressor que está acoplado por um veio a uma turbina, que se