Geração de Energia com Gás Natural

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Universidade Estácio de Sá 
Curso de Graduação em Engenharia de Petróleo e Gás 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Leandro José Barbosa Lima 
Natália Rocha Pinto Bengaly 
Raphael Gomes Coelho Flora 
Renato Duarte Corrêa da Silva 
Rodrigo Araújo Marques de Oliveira 
 
 
 
 
 
 
Gás Natural 
Geração de Energia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Macaé 
2010
Leandro José Barbosa Lima 
Natália Rocha Pinto Bengaly 
Raphael Gomes Coelho Flora 
Renato Duarte Corrêa da Silva 
Rodrigo Araújo Marques de Oliveira 
 
 
 
 
 
 
Gás Natural 
Geração de Energia 
 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado à Universidade 
Estácio de Sá como requisito parcial para 
obtenção de aprovação na disciplina de 
Gás Natural I, do curso de Engenharia de 
Petróleo e Gás, em cumprimento da AV2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Orientador: Prof.: André Aleixo Manzela 
 
 
 
 
 
 
 
Macaé 
2010
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 – 
 
 
Figura 2 – 
 
 
 
 
 
 
 
 
Esquema de geração de energia ............................................... 
 
 
Gráfico de eficiência energética ................................................. 
 
 
 
 
 
 
05 
 
 
07 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
 
04 
1 GERAÇÃO DE ENERGIA 05 
1.1 TURBINAS A VAPOR 
 
05 
1.2 TURBINAS A GÁS 
 
06 
2 VANTAGENS DA GERAÇÃO DE ENERGIA COM GÁS 
NATURAL 
 
06 
3 DESVANTAGENS DA GERAÇÃO DE ENERGIA COM GÁS 
NATURAL 
 
07 
4 CO-GERAÇÃO DE ENERGIA 07 
 REFERÊNCIAS 08 
4 
INTRODUÇÃO 
 
 
O Brasil é um país que possui diversas fontes de energia capazes de gerar 
eletricidade. Durante décadas, as hidrelétricas foram preponderantes na matriz 
energética nacional, porém atualmente outras fontes vem ganhando espaço, com 
destaque para o crescimento acelerado da utilização do gás natural. No ano de 1997, 
92% da energia elétrica gerada foi obtida através de recursos hídricos, sendo uma 
fonte energética essencial para o país. Porém o Gás Natural vem ganhando 
destaque por seu crescimento na matriz energética brasileira, sendo uma nova 
opção com perspectivas de curto e longo prazo para minimizar o risco de déficit de 
energia, além de ser estrategicamente interessante para diversificar as fontes de 
energia do país. 
 
Este trabalho tem por objetivo mostrar as particularidades da geração de energia 
através do Gás Natural e como ocorre o processo nas usinas termelétricas 
transformando a energia do gás em energia mecânica que por sua vez é convertida 
em energia elétrica pelas turbinas á gás e/ou vapor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
1. GERAÇÃO DE ENERGIA 
 
 
O Gás Natural é, nos dias de hoje, a terceira maior fonte de energia fóssil primária 
no mundo, logo após o petróleo e o carvão. No Brasil, está em grande ascensão 
como combustível para geração elétrica, devendo passar da taxa de 2,7% da matriz 
energética em 1997 para cerca de 12% em 2010. O que possibilita este crescimento 
acelerado é a construção do gasoduto Brasil-Bolivia, de 3.150 Km de comprimento, 
considerado como um importante empreendimentos deste tipo no mundo, e o mais 
extenso da América do Sul. Transportando até 30 milhões de m3 de GN por dia, 
apresentará um potencial de produção de energia elétrica superior à 5GW por usinas 
ao seu redor. Nas usinas termoelétricas o Gás Natural pode operar em dois ciclos 
básicos: 
• Ciclo aberto: os gases quentes gerados na queima do gás na turbina são 
liberados na atmosfera, alcançando rendimentos em torno de 35%; 
• Ciclo combinado: os gases quentes gerados são aproveitados para gerar 
vapor a alta pressão que é utilizada em turbinas a vapor para gerar mais 
energia elétrica, estes sistemas alcançam rendimentos na ordem de 55%. 
 
1.1. Turbinas a Vapor 
A geração é feita através da queima do gás natural nas caldeiras para 
aquecimento da água onde parte da água aquecida se transforma em vapor, vapor 
este que movimenta as pás de uma turbina, cujo rotor gira juntamente com o eixo de 
um gerador que produz a energia elétrica. Essa energia é transportada por linhas de 
alta tensão aos centros de consumo. O vapor é resfriado em um condensador e 
convertido outra vez em água, que volta aos tubos da caldeira, dando início a um 
novo ciclo. 
A potência mecânica obtida pela 
passagem do vapor através das pás, 
faz com que estas girem o gerador 
transformando a potência mecânica em 
potência elétrica. (Figura 1) 
 
6 
 
A energia assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras, dos 
terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão elevada 
para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de 
consumo. 
 
1.2. Turbinas a Gás 
Nas turbinas a gás, o ar é aspirado na entrada, comprimido a 15 ou 20 vezes a 
pressão atmosférica, e então misturado ao combustível na câmara de combustão. Os 
gases quentes aí produzidos impulsionam a turbina, que aciona o compressor de ar 
e um gerador elétrico ou outro equipamento rotativo. 
 
Nas instalações de co-geração, os gases de exaustão da turbina passam por uma 
caldeira de recuperação de calor, onde produz-se vapor na pressão desejada. O 
vapor assim obtido pode ser usado diretamente, ou expandido através de uma 
turbina a vapor, gerando mais energia. Neste caso, temos o chamado "ciclo 
combinado" solução adotada geralmente pelas termelétricas a gás natural. 
 
2. VANTAGENS DA GERAÇÃO DE ENERGIA COM GÁS NATURAL 
Sua queima produz uma combustão limpa, melhorando a qualidade do ar, pois 
substitui formas de energias poluidoras como carvão, lenha e óleo combustível 
contribuindo ainda para a redução do desmatamento e redução do tráfego de 
caminhões que transportam outros tipos de combustíveis além de não requer 
estocagem, eliminando os riscos do armazenamento de combustíveis. 
Outras vantagens que podem ser citadas a respeito desta forma de geração são 
os pequenos volumes de investimentos, pequeno prazo de construção, possibilidade 
de construção das usinas próximas aos centros de carga, geração de empregos no 
local, estimulo a investimentos para a região, pequenas áreas ocupadas, 
possibilidade de operação apenas no horário de ponta, flexibilidade operacional e 
não está sujeita a fenômenos climáticos como secas (garantia de energia firme, salvo 
em casos de problemas de fornecimento de gás). Outro fator favorável é a 
possibilidade da implantação de sistemas de co-geração a Gás Natural dentro de 
grandes unidades consumidoras de energia, que podem até vir a vender o excedente 
elétrico para a rede, diminuindo o carregamento do sistema. 
7 
 
3. DESVANTAGENS DA GERAÇÃO DE ENERGIA COM GÁS NATURAL 
Como desvantagem característica o combustível utilizado é um recurso natural 
não renovável e, apesar do Gás Natural possuir taxas reduzidas de emissão de 
poluentes, continua contribuindo para o efeito estufa. 
 
 
4. CO-GERAÇÃO DE ENERGIA 
 
Co-geração é termo utilizado quando, em certo processo de produção de energia 
elétrica, mais de um ciclo termodinâmico é empregado, com o objetivo de aumentar a 
eficiência do processo. O Gás Natural, quando usado para fins de cogeração, tem se 
apresentado como uma das melhores alternativas. 
 
A co-geração permite a produção simultânea de energia elétrica, térmica e de 
vapor, a partir do mesmo combustível: no caso, o Gás Natural. O calor que seria 
dissipado é recuperado dos gases de escape e produz vapor, ar quente e 
refrigeração, que podem ser utilizados nos processos industriais, gerando mais 
energia elétrica, por exemplo. 
 
Quando se dispõe de Gás Natural, uma boa solução para a co-geração é a 
utilização de uma turbina a gás. Nesta solução, a relação vapor-eletricidade pode se 
adaptar com maior flexibilidade às necessidades normais das indústrias. O balanço 
da eficiência energética de uma turbina a gás para 100% de energia primária é de 
30% de energia elétrica,50% de energia térmica e 20% de perdas. (Figura 2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
REFERÊNCIAS 
 
 
AMBIENTE BRASIL. Portal de notícias e conteúdo sobre meio ambiente do Brasil. 
Disponível em: <http://www.ambientebrasil.com.br/composer.php3?base=./energia/ 
index.html&conteudo=./energia/gasnatural.html >. Acesso em: 30 abril 2010. 
 
GALVÃO, L. C. R.; UDAETA, M. E. M.; "Gás Natural e Energia Elétrica para o Estado de 
São Paulo" - Relatório Técnico GEPEA P5, São Paulo,1998 
 
RUNTE JUNIOR, Eduardo Frederico. Curso de Gás Natural Revisão 6. Rio de Janeiro, 12 
de julho de 2001. 26 arquivos (11.9MB). Disco Duro Externo. Word para Windows. 
 
SOCIETY OF PETROLUEM ENGINEER. Sociedade profissional que trata do tema da 
enganheaira de Petóleo. Disponível em: <http://www.spe.org/jpt/2009/09/new-gas-turbine-
promises-enhanced-reliability-efficiency/ >. Acesso em: 02 maio 2010. 
 
WIKIPEDIA. Enciclopédia Online. Apresenta detalhes de operação de uma turbina a gás. 
Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Cogera%C3%A7%C3%A3o >. Acesso em: 30 
abril 2010. 
 
WIKIPEDIA. Enciclopédia Online. Explica o funcionamento e definições de sistemas de 
coogeração. Disponível em: 
<http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_turbine#Theory_of_operation>. Acesso em: 30 abril 2010.