POMPES et VENTILATEURS

A geração de energia pela queima do RSM pode ser realizada adotando- se ou uma central termelétrica convencional ou uma central de co-geração; a diferença básica em termos de configuração entre esses dois sistemas de geração de eletricidade está na presença ou não de uma unidade de processo industrial, na central de co-geração a qual aproveitaria o vapor produzido no ciclo durante a incineração do próprio RSM.

A co-geração, segundo Balestieri (2002a), corresponde à produção simultânea de diferentes formas de energia útil, como as energias eletromecânica e térmica, para suprir as necessidades de uma unidade de processo, seja ela do setor industrial, agrícola, terciário ou um sistema isolado, a partir de uma mesma fonte energética primária. Nas palavras desse mesmo autor, “seria o

aproveitamento de uma parcela da energia que teria de ser obrigatoriamente rejeitada por força da Segunda Lei da Termodinâmica, resultando em um aumento da eficiência global do ciclo térmico”.

Essa prática pode ser considerada uma alternativa positiva se comparada ao atual estágio de geração de energia, tal como é concebido o sistema interligado. Neste, as necessidades de energia elétrica são atendidas mediante contrato de compra com uma concessionária, sendo as necessidades térmicas (quentes ou frias) atendidas mediante autoprodução. A energia elétrica também pode ser autoproduzida, sendo que neste caso as unidades de geração devem ser dimensionadas para operarem de forma independente das concessionárias, garantindo desta forma a confiabilidade do sistema isolado.

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O histórico brasileiro na área de geração de energia tem sido marcado por uma alternância entre os agentes públicos e privados na condução desse processo; no entanto, a geração de utilidades térmicas sempre esteve a cargo dos agentes privados, principalmente pelo fato de o Brasil estar localizado geograficamente em uma área de clima ameno, sendo que, salvo poucas exceções, o aquecimento dos ambientes (district heating) não é imperativo para a sobrevivência de sua população. Já na história de outros países, localizados em regiões de clima frio, tais como Canadá, Estados Unidos, Suécia e outros países no extremo norte, a geração de formas de energia eletromecânica e térmica para a manutenção da vida sempre foi essencial, o que em parte explica a forte penetração da co-geração em boa parte deles.

Os principais ciclos utilizados para configurações de centrais de co- geração são:

- ciclo Rankine ou a vapor; - ciclo Brayton ou a gás; - ciclo Combinado; - ciclo Diesel/Otto,

este último de grande utilização na Europa e Estados Unidos, especialmente empregado em unidades compactas e em muitos sistemas isolados (como em embarcações navais, ilhas, áreas agrícolas remotas, dentre outros).

Em termos de projeto, faz-se necessário definir também, uma vez estabelecido o ciclo, a disposição dos componentes da central. Quando projetados para atender primeiramente à demanda térmica, sendo os rejeitos dela usados para suprir a demanda eletromecânica, diz-se que o ciclo opera em regime bottoming1; se, por outro lado, o atendimento à demanda eletromecânica se faz primeiramente em relação à demanda térmica, diz-se que o ciclo opera em regime topping. Na figura 2.1 apresentam-se as configurações básicas de tais ciclos, sendo que apenas a primeira configuração de ciclo a vapor se apresenta em regime bottoming, sendo as demais referentes ao regime topping.

1 _{Conforme Balestieri (2002a), no regime de geração topping a energia eletromecânica é gerada com prioridade sobre a}

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Fonte: Balestieri (2002a)

Figura 2.1 - Ciclos térmicos de co-geração

O ciclo a vapor pode se tornar operacional pela existência de caldeiras aquatubulares de alta pressão associadas a turbinas de condensação e extração ou turbinas de contrapressão. É o ciclo mais empregado atualmente no país, o que representa uma maior disponibilidade de peças e serviços de assistência para os equipamentos que o compõe.

Ingham (2000) fala em seu estudo que as turbinas a vapor são muito empregadas hoje na indústria sucro-alcoleira tanto para geração elétrica quanto para o acionamento das moendas de cana. As turbinas menores apresentam uma eficiência baixa; já as turbinas grandes (de condensação, usadas para geração elétrica) são máquinas extremamente eficientes. No entanto, o ciclo a vapor convencional, considerando-se a eficiência global do sistema de geração, apresenta uma eficiência reduzida quando comparada à do ciclo de co-geração.

O ciclo a gás, por seu turno, faz uso de conjuntos geradores acoplados compressor/câmara de combustão/turbina a gás, sendo os gases de exaustão

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resultantes da queima aproveitados nos processos que admitem sua aplicação direta (nos casos, por exemplo, de secagem) ou na troca de energia com água, para gerar vapor em caldeiras de recuperação nos processos que só admitem aplicações indiretas, por não poderem ser contaminados.

Neste tipo de ciclo, conforme Ingham (2000), deve-se tomar cuidado especial na combustão; uma vez que a turbina é muito sensível à presença de particulados, metais pesados ou compostos orgânicos. Recentes desenvolvimentos permitem a queima direta de madeira na câmara de combustão, existindo vários projetos-piloto já em operação pelo mundo. O desenvolvimento de novas tecnologias de turbinas a gás, segundo este mesmo autor, também fez surgir as micro-turbinas extremamente eficientes com potências a partir de 45 kW.

O ciclo combinado mais utilizado no momento é o que acopla turbinas a gás com caldeiras de recuperação como unidade superior topping2 e turbinas a vapor como unidade inferior (bottoming), ainda que possa admitir outros geradores; tem por vantagem o duplo conjunto para produção de energia eletromecânica, o que pode garantir maiores níveis de excedente de energia elétrica. Por fim, o ciclo diesel apresenta elevada produção eletromecânica comparativamente à sua capacidade de produção térmica (água e ar quentes).

Vale ainda ressaltar que no planejamento de centrais de co-geração, entre os muitos aspectos (ou parâmetros) importantes a serem considerados, deve-se levar em conta tanto as emissões de poluentes, de acordo com o combustível empregado em cada caso, quanto os custos de investimento, conforme a tecnologia de geração escolhida. A tabela 2.1 fornece valores de eficiência, custo de investimento específico por unidade de potência elétrica e valores de emissões médios de diferentes tecnologias, de acordo com o atual estado de conhecimento; a figura 2.2 ilustra a comparação entre três combustíveis no ciclo a vapor, evidenciando os custos diferenciais existentes entre as três tecnologias e que favorecem, no momento, a primeira.

2 _{Nas palavras de Balestieri (2002a), “o termo topping, em ciclos combinados, representa a unidade motora de maior}

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Tabela 2.1 - Parâmetros técnicos e econômicos de ciclos utilizados em centrais de co-geração Ciclo térmico/ combustível Investimento (US$/kW) Eficiência global (%) Emissão SO2 (kg/MWh) Emissão CO2 (kg/MWh) Emissão NOx (kg/MWh) Vapor/óleo 840-1000 nd 0,36 277 0,18 Vapor/carvão 1300-1800 nd 2,16 330 nd Vapor/lixo urbano 4500 80 0,14 90 0,36 Vapor/biomassa 2100-2600 86 nd nd 0,18 Gás/gás natural 500-900 87 0,007 198-240 0,18 Gás/biomassa gaseificada 1700-2000 77-80 nd nd 0,18 Combinado/gás natural 550-850 85 0,007 198 nd Diesel/gás natural 1240 85 0,007 198 3,6

Nota: nd - não disponível.

Fonte: Balestieri (2002a)

Fonte: Balestieri (2002a)

Figura 2.2 - Custo diferencial em ciclos de co-geração a vapor

Há que se considerar, finalmente, que não se está computando nos custos de investimento a parcela que se poderia descontar a título de retorno ambiental e social do emprego do lixo urbano na geração de energia, o que pode alterar sobremodo os números apresentados.

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Segundo os relatos de Menezes (2001), ao contrário do que muitos pensam, os custos de implantação por kW instalado de uma central termelétrica a lixo é, hoje, perfeitamente compatível com os de outros sistemas de geração. O investimento nestas usinas, conforme os dados deste autor, se encontra no nível de US$ 1500-2500/kW e se compararmos com os valores necessários para implantar a geração através de outras fontes alternativas, veremos que é bastante inferior aos US$ 5000-7000/kW necessários para a energia solar por células fotovoltáicas e inferior aos US$ 2000-3000/kW para geração eólica.

2.2 - INTEGRAÇÃO DE INCINERADOR DE LIXO COM CENTRAL