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Análise de viabilidade técnica e econômica da implantação de uma caldeira de bagaço que integre um ciclo rankine regenerativo com reaquecimento em uma usina sucroalcooleira

Processo: 17/00495-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
Vigência: 01 de outubro de 2017 - 31 de agosto de 2018
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
Pesquisador responsável:Juan Harold Sosa Arnao
Beneficiário:Juan Harold Sosa Arnao
Empresa:Juan Harold Sosa Arnao
Município: Ribeirão Preto
Pesquisadores principais:Delia Rita Tapia Blácido ; Leonardo Paes Rangel ; Reynaldo Palacios Bereche ; Silvia Azucena Nebra de Pérez ; Song Won Park
Pesq. associados: Carolina Lopez Castrillon ; Edgar Fernando Cortes Rodriguez
Bolsa(s) vinculada(s):17/24091-6 - Caracterização do bagaço de cana de açúcar, BP.TT
17/23313-5 - Análise de viabilidade técnica e econômica da implantação de uma caldeira de bagaço que integre um ciclo Rankine regenerativo com reaquecimento em uma usina sucroalcooleira, BP.PIPE
Assunto(s):Exergia  Energia  Reaquecimento  Bagaços  Geração de energia elétrica  Indústria sucro-alcooleira  Caldeiras 

Resumo

O sistema de geração de energia elétrica do setor sucroalcooleiro brasileiro vem apresentando um crescimento tecnológico muito lento, quando comparado com plantas de geração de alta eficiência. Os máximos valores de pressão e temperatura do vapor, no setor sucroalcooleiro brasileiro são de 10MPa e 540oC, respectivamente, com tímidos usos de regeneradores (trocadores de calor água - vapor) e radiadores (trocadores de calor ar - vapor). Do outro lado, caldeiras ultra supercríticas movidas a óleo pesado e/ou carvão atingem parâmetros de pressão e temperatura do vapor, na faixa de,26MPa e 600oC, respectivamente; com até duas etapas de reaquecimento do vapor. Considerando ainda que no sistema de geração de potência, a caldeira apresenta as maiores irreversibilidades no sistema, o objetivo deste trabalho é contribuir no desenvolvimento do projeto de caldeiras de bagaço inovadoras, providas de regeneradores, radiadores e reaquecimento de vapor. Para isso, será realizada, inicialmente, a caracterização do bagaço, no que diz às análises: imediata, elementar e poder calorífico tanto superior PCS como inferior PCI. Seguidamente, será realizado o desenvolvimento de três projetos: i) Projeto convencional da caldeira de bagaço; ii) Projeto modificado da caldeira "convencional" para operar com regenerador e radiador e iii) Projeto da caldeira de bagaço com Regenerador e Radiador adicionado de reaquecedor de vapor que comporte um Ciclo Rankine Regenerativo com Reaquecimento. Em todos os casos as caldeiras operarão no mesmo nível de vazão, pressão e temperatura do vapor: 500 t/h; 12MPa e 530oC. Os três projetos de caldeiras desenvolvidos serão analisados via técnica de CFD (Computational Fluid Dynamics) a fim de otimizar o aproveitamento das áreas de troca térmica da caldeira e reduzir as perdas de carga da mesma. Os ciclos de geração: i) Rankine; ii) Rankine Regenerativo e iii) Rankine Regenerativo com Reaquecimento serão simulados com o objetivo de avaliar o desempenho do sistema em termos da primeira e segunda lei. Finalmente será realizada a análise econômica do custo da caldeira, nas três configurações citadas anteriormente. Esses custos atrelados aos custos das turbinas adequadas, desaeradores, tratamento de água, entre outros permitirão estabelecer um custo aproximado do investimento de cada configuração. A receita obtida por cada configuração será determinada usando valores padrões de energia (R$/.MW) usados no setor sucroalcooleiro brasileiro. A geração de eletricidade para cada configuração será obtida a partir da análise de primeira lei da termodinâmica. Assim, em base à geração de eletricidade de cada configuração será estabelecido o retorno de investimento de cada caso analisado. Espera-se que a partir dos resultados obtidos a configuração no ciclo Rankine Regenerativo com Reaquecimento ofereça a melhor condição do investimento / retorno de capital e possa encorajar os investidores do setor sucroalcooleiro brasileiro neste tipo de projetos inovadores. O impacto direto no setor sucroalcooleiro será um importante passo dado na otimização do setor de geração que tornará às usinas de açúcar e álcool brasileiras mais eficientes e competitivas no mercado mundial. Espera-se também que este desenvolvimento permita o crescimento técnico - científico da empresa Inka's Boiler junto aos seus parceiros USP (LSCP e FFCLRP), UFABC e ESSS. (AU)