Análise termoeconômica de um ciclo a gás regenerativo com injeção de etanol na entrada do compressor.

Abstract

Microturbinas a gás são maquinas utilizadas para gerar energia elétrica em sistemas de geração distribuída, sistemas de geração de emergência ou de suprimento adicional para horário pico. Entre as vantagens que apresentam estas maquinas, pode-se mencionar o fato de serem unidades compactas com dimensões reduzidas, flexibilidade em quanto ao uso de combustíveis, alta confiabilidade e pequena necessidade de manutenção, níveis aceitáveis de emissões de poluentes, etc. Na atualidade com o aumento da sua utilização, surge a necessidade de fazer estudos para melhorar tanto a eficiência como a potencia útil do ciclo. A proposta desta dissertação é realizar uma análise termoeconômica de um ciclo Brayton com resfriamento por nebulização de etanol na entrada do compressor de uma microturbina a gás de 30 kW. A nebulização de etanol na entrada resfriará o ar de admissão no compressor e diminuirá o trabalho consumido por este componente. Para a nebulização e injeção do etanol na admissão, é utilizado um mecanismo qual o fluido de resfriamento é convertido em névoa através de bicos de alta pressão de operação. A evaporação da névoa gerada em contato com o ar quente diminui a temperatura do ar na entrada do ciclo. Portanto, a eficiência e potência do ciclo são incrementadas, além de diminuir o consumo do gás natural, poupando o custo da produção da eletricidade e retornando o investimento a amortizações menores em comparação ao ciclo convencional. A metodologia utilizada para a análise termoeconômica é o método de contabilidade de custos, também conhecida como a teoria de custos exergéticos, mediante a construção do diagrama funcional termoeconômico e determinação das expressões das funções exergéticas. Os resultados mostram que a maior irreversibilidade encontra-se na câmara de combustão sendo 90 kW e a análise de viabilidade econômica indica que o preço ótimo de venda da eletricidade seja de 0,391 U$S/kWh para obter um retorno do investimento aproximado de 2 anos.