Cogeração de energia

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ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
169R ENG. MECÂNICA INTERDISCIPLINAR 
 
NOME: Murilo Henrique Braguim 
Turma: 10/TT0R18 
RA: B76AIE-0 
Simoni Gheno 
 
 
 
Coogeração 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ribeirão Preto 2021 
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SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO...................................................................................................3 
1.1. Cogeração..........................................................................................3 
1.2. Usos da cogeração.............................................................................4 
2. GERAÇÃO A GÁS NATURAL..............................................................................5 
2.1. A cogeração a gás natural..................................................................5 
2.2. Vantagens.........................................................................................6 
2.3. Desvantagens....................................................................................6 
3.BIOMASSA........................................................................................................7 
3.1. Cogeração de energia no setor sucroalcooleiro..................................7 
4. SISTEMA DE VAPOR – GERAÇÃO, DISTRIBUIÇÃO, APLICAÇÃO E RETORNO.......8 
4.1. Sistema de distribuição de vapor.......................................................8 
4.2. Sistema de uso final de vapor.................................................9 
4.3. Sistema de retorno de condensado...............................................................9 
5. CONCLUSÃO...................................................................................................10 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
1.1. Cogeração 
A cogeração é o processo operado numa instalação específica para fins da produção 
combinada das utilidades calor e energia mecânica a partir da energia disponibilizada por uma 
fonte primária. Em outras palavras, ao utilizar um gerador de eletricidade, parte da energia 
contida no combustível utilizado é transformada em calor e perdido para o meio-ambiente. 
Cogeração é definida como um processo de produção e utilização combinada 
de calor e eletricidade, proporcionando o aproveitamento de mais de 60% da energia 
térmica proveniente dos combustíveis utilizados nesse processo. Embora utilize processos de 
aproveitamento de calor que tipicamente provém dos gases de escape de um Ciclo Brayton à 
semelhança de sistemas a Ciclo Combinado, estes processos são essencialmente distintos na 
prática e aplicação: Ciclo Combinado possui dois ciclos termodinâmicos, normalmente Brayton-
Rankine e produz um produto final (eletricidade). Na Cogeração, o sistema parte de um recurso, 
com um ciclo termodinâmico, obtendo-se dois produtos finais, acima referidos. 
O processo de produção de energia dito Ciclo combinado refere-se ao emprego de mais 
de um ciclo termodinâmico, tipicamente Brayton-Rankine, num certo processo de produção 
de energia eléctrica com o objetivo de aumentar a eficiência desse processo. Sendo uma 
tecnologia que permite racionalizar eficazmente o consumo dos combustíveis necessários à 
produção de energia útil, a cogeração pode assegurar um aproveitamento elevado da energia 
primária e, por essa razão, responde favoravelmente aos objetivos das políticas energéticas 
comunitárias e nacionais. 
 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Electricidade
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_t%C3%A9rmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_t%C3%A9rmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%ADvel
https://pt.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A2mica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_el%C3%A9ctrica
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1.2. Usos da cogeração 
Dessa forma, o resultado final é calor, frio ou eletricidade. Tal processo é ideal para 
clientes que possuem grande necessidade de energia elétrica, calor, vapor, água quente ou água 
gelada. Clientes como por exemplo: 
• Indústria Química, 
• De Alimentos e Bebidas; 
• Petroquímica e Farmacêutica; 
• Siderúrgica; 
• Shopping Center; 
• Centros Comerciais; 
• Supermercado; 
• Hotel; 
• Hospital; 
• Lavanderia; 
• Clubes Desportivos e Grandes Empreendimentos. 
Também é possível trabalhar em processos mais simples. Por exemplo gerar energia e utilizar o 
calor que seria dissipado para aquecer uma piscina de um condomínio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. GERAÇÃO A GÁS NATURAL 
O gás natural pode ser aplicado também na conversão em energia elétrica com 
uso em turbinas de alto rendimento, sendo está uma forma deste combustível atender 
à crescente demanda de consumidores de grandes volumes como as usinas 
termelétricas. Atualmente a tecnologia mais empregada nesse tipo de aplicação são as 
usinas de ciclo combinado a gás natural. As vantagens envolvem desde a eficiência do 
sistema até a contribuição ao meio ambiente, além da redução dos custos em 
comparação a outras alternativas energéticas. A demanda do combustível para o 
segmento de geração com os grandes volumes que necessita contribui positivamente 
para a estruturação do mercado do gás natural e o desenvolvimento estratégico da 
cadeia energética nacional 
 
2.1. A cogeração a gás natural 
Em tempos de escassez de energia elétrica, cresce a procura por uma opção de 
fonte de energia que seja abundante, não ofereça riscos de interrupção, que tenha baixo 
impacto no meio ambiente e a garantia de uma distribuidora de confiança. O gás natural, 
quando usado para fins de cogeração, tem se apresentado como uma das melhores 
alternativas. A cogeração, por sua vez, é uma forma de gerar calor e eletricidade, que 
pode ser feita por meio da queima de gás natural. Para entender o que é esse sistema, 
é preciso saber que todo gerador elétrico acionado por um motor que usa um 
combustível é chamado de gerador termoelétrico. Por maior que seja a eficiência desse 
gerador, cerca de 70% da energia contida no combustível é transformada em calor e 
perdida para o meio-ambiente. Trata-se de uma limitação física que independe do tipo 
de combustível (diesel, gás natural, carvão mineral, etc) ou do tipo de motor (a explosão, 
turbina a gás ou a vapor). A cogeração, ao contrário, 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 cogeração 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. 
 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_natural
https://pt.wikipedia.org/wiki/Diesel
https://pt.wikipedia.org/wiki/Carv%C3%A3o_mineral
https://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_de_escape
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2.2. Vantagens 
O processo de cogeração, ainda crescente no Brasil, apresenta-se como uma das mais 
nobres aplicações para o gás natural. Esta operação requer tecnologia de ponta e costuma 
apresentar benefícios a curto e médio prazo para quem dela se utiliza. 
• Utilização de tecnologia de ponta (motores e turbinas); 
• Menor nível de emissão de poluentes comparado com a geração termelétrica 
centralizada; 
• Maior aproveitamento do produto (de 70 a 85% da energia da queima do GN) 
apresentando alto rendimento e reduzindo os desperdícios; 
• Autonomia na produção das suas utilidades (vapor, água quente, frio etc); 
• Aumento da confiabilidade no suprimento de energiaelétrica reduzindo os riscos de 
falta de energia; 
• Gera novas oportunidades de negócios com a venda de excedente de energia, caso 
ocorra. 
2.3. Desvantagens 
No cultivo da cana-de-açúcar costuma ser utilizado fontes de potássio que contém altas 
concentrações de cloro, como é o caso do cloreto de potássio (KCl). Tendo em vista que a 
aplicação de KCl costuma ser em grandes quantidades, a cana-de-açúcar acaba absorvendo altas 
concentrações de cloro. 
Em virtude dessa absorção, quando há a queima do bagaço da cana-de-açúcar no 
processo de cogeração de energia, acaba sendo emitido dioxinas e cloreto de metila. No caso 
das dioxinas, essas substâncias são consideradas muito tóxicas e podem causar câncer. 
Já no caso do cloreto de metila, essa substância ao atingir a estratosfera reage com as 
moléculas de ozônio levando a quebra dessas moléculas. Com isso, as moléculas de ozônio ao 
serem quebradas ficam incapacitadas de absorver os raios ultravioletas, o que leva a radiação 
UV a ser mais intensa na Terra, contribuindo dessa forma para o agravamento do aquecimento 
global. 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Cloreto_de_pot%C3%A1ssio
https://pt.wikipedia.org/wiki/Cloro
https://pt.wikipedia.org/wiki/Dioxinas
https://pt.wikipedia.org/wiki/Cloreto_de_metila
https://pt.wikipedia.org/wiki/Estratosfera
https://pt.wikipedia.org/wiki/Oz%C3%B4nio
https://pt.wikipedia.org/wiki/Raios_ultravioletas
https://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_UV
https://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_UV
https://pt.wikipedia.org/wiki/Aquecimento_global
https://pt.wikipedia.org/wiki/Aquecimento_global
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3.BIOMASSA 
Biomassa vêm se destacando como sendo uma das mais importantes fontes de energia 
renovável. Entende-se por biomassa toda matéria vegetal ou animal na qual tem-se a 
possibilidade de ser reaproveitada como fonte de produção de calor ou eletricidade, como cana-
de-açúcar, óleos vegetais, madeira, dejetos orgânicos e resíduos de indústrias alimentícias ou 
agrícolas. O Brasil é hoje considerado uma referência mundial em termos de geração de energia 
a partir de biomassa.[3] Um setor em ascensão no uso de biomassa para geração de energia é o 
setor sucroalcooleiro, que utiliza principalmente o bagaço da cana-de-açúcar como combustível 
para geração, principalmente, de energia térmica e energia elétrica. 
 
3.1. Cogeração de energia no setor sucroalcooleiro 
Nas usinas de cana-de-açúcar a cogeração de energia ocorre por meio das seguintes 
etapas: O bagaço ao ser queimado em uma fornalha gera energia térmica em forma de vapor e 
energia elétrica. O vapor gerado gira uma turbina, sendo que em virtude dessa turbina estar 
interligada com um gerador, o gerador acaba entrando em movimento gerando dessa forma 
energia elétrica. A cogeração de energia nas usinas de cana é uma prática que vem crescendo 
nos últimos anos, levando em consideração as recentes crises no setor energético do Brasil que 
levaram o governo a enfrentar dificuldades para garantir o abastecimento de energia elétrica. 
Consequentemente houve um aumento do preço da energia elétrica. Com adoção da cogeração 
de energia no setor sucroalcooleiro, as usinas conseguem além de suprir a demanda de energia 
elétrica necessária para operarem gerarem ainda um excedente que pode ser comercializado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Biomassa
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_renov%C3%A1vel
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_renov%C3%A1vel
https://pt.wikipedia.org/wiki/Cana-de-a%C3%A7%C3%BAcar
https://pt.wikipedia.org/wiki/Cana-de-a%C3%A7%C3%BAcar
https://pt.wikipedia.org/wiki/Cogera%C3%A7%C3%A3o#cite_note-3
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_t%C3%A9rmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_el%C3%A9trica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fornalha
https://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador
https://pt.wikipedia.org/wiki/Setor_energ%C3%A9tico_do_Brasil
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4. SISTEMA DE VAPOR – GERAÇÃO, DISTRIBUIÇÃO, APLICAÇÃO E RETORNO 
Um sistema de vapor consiste basicamente de 04 subsistemas: 
• Geração 
• Distribuição 
• Aplicação ou uso final 
• Retorno ou recuperação do condensado 
Os quais discutiremos para a compreensão geral e melhor entendimento de 
instalações específicas. A figura abaixo ilustra de forma esquemática os 04 subsistemas e suas 
interações 
 
O sistema de geração de vapor normalmente é composto por sistema de tratamento de 
água (abrandador, RO), sistema de alimentação de água da caldeira (tanque, desaerador, 
bombas de água), equipamentos da linha de combustível (tanques de armazenamento, 
cavaletes de redução de pressão, válvulas e atuadores), caldeiras ou geradores de vapor e outros 
componentes e equipamentos, dependendo da aplicação e necessidade de vapor. O vapor é 
gerado por uma caldeira ou um gerador de vapor pela transferência do calor dos gases quentes 
à água. Quando a água absorve quantidade suficiente de calor muda da fase líquida para vapor 
(na verdade a mudança ocorre gradualmente). A quantidade necessária depende da 
temperatura inicial da água e da pressão na qual o vapor será gerado e pode ser obtida da 
combustão de combustíveis ou da recuperação de calor residual de processos. No caso de 
caldeiras, a transferência de calor se dá dos gases de combustão à água através de superfície de 
troca térmica. 
 
4.1. Sistema de distribuição de vapor 
O sistema de distribuição transporta o vapor das caldeiras para os pontos de uso final. É 
constituído basicamente de tubulações, válvulas, purgadores e sensores. 
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Com a finalidade de entregar o vapor na quantidade e pressão necessária para cada 
aplicação, o sistema de distribuição tem diversas linhas de transmissão, que operam em 
diferentes pressões, separadas por válvulas de bloqueio e retenção e válvulas reguladoras de 
pressão. Dependendo da aplicação e pressão de alguns pontos de uso, pode haver também 
turbinas de contrapressão. 
4.2. Sistema de uso final de vapor 
Há diferentes aplicações para o vapor, incluindo aplicações de processos de 
aquecimento, movimentação mecânica, produção de reações químicas, limpeza e esterilização. 
Os equipamentos mais comuns para o uso de vapor são: trocadores de calor, turbinas, torres de 
fracionamento e tanques de reações químicas. Em um trocador de calor por exemplo, o vapor 
transfere seu calor latente a um líquido do processo. O vapor é mantido no trocador por um 
purgador, que atua apenas quando este se condensa. Já em turbinas, o vapor se expande e 
transforma sua energia térmica em trabalho mecânico para acionamento de máquinas rotativas. 
4.3. Sistema de retorno de condensado 
O sistema de retorno de condensado envia o condensado recuperado do sistema de 
distribuição e do sistema de uso final ao sistema de geração de vapor. Ou seja, recupera parte 
do calor não utilizado pelo processo final. O condensado normalmente retorna a um tanque de 
condensado e dali pode ou não ser enviado a um desaerador, dependendo da instalação. Para 
fins de tratamento da água da caldeira, produtos químicos podem ser injetados no tanque ou 
no desaerador. Em seguida, as bombas de alimentação das caldeiras enviam a água do 
tanque/desaerador de volta às caldeiras para receberem calor e evaporarem, fechando o ciclo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. CONCLUSÃO 
Conclui-se que a cogeração de energia elétrica no setor sucroalcooleiro traz vantagens 
econômicas, ambientais e sociais para as empresas e o país, tendo como argumentos, que a 
cogeração possibilita a autossuficiência energética nas instalações das empresas, venda de 
excedentes para companhias de distribuição de energia elétrica, complementação do sistema 
energético brasileiro, diversificação das matrizes energéticas, geração de empregos e o sistema 
de cogeração a partir da cana-de-açúcar é neutro em carbono. Espera-se que este trabalho 
possa servir de referencial teórico para futurostrabalho e que ajude no desenvolvimento e o 
gerenciamento do setor sucroalcooleiro que é um dos setores em destaque no cenário mundial 
devido a sua capacidade de produzir biocombustível e gerar energia elétrica, ambos são de ciclo 
neutro de carbono o que promove o desenvolvimento sustentável, tema que atualmente é 
bastante discutido no cenário global. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
BARJA, G. J. A. A cogeração e sua inserção ao sistema elétrico. 2006. Tese (Mestrado em 
Engenharia Mecânica) – Faculdade de Tecnologia, Universidade de Brasília, Brasília, 2006. 
 
CHIERICATO, Thiago. Sistemas de Cogeração. 2010. Monografia (Curso de Curso de Gestão do 
Setor Sucroalcooleiro) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos. Disponível em: 
http://www.etanol.ufscar.br/trabalhos-mta/sertaozinho-ic/trabalhos/monografia-thiago-
chiericato.pdf. Acesso em: 16 nov. 2016. 
 
CONAB. Companhia Nacional de Abastecimento. Séries históricas. Disponível em: 
http://www.conab.gov.br/conteudos.php?a=1252&&Pagina;_objcmsconteudos=2#A_ob 
jcmsconteudos. Acesso em: 07 nov. 2016. 
 
EPE, 2016a.Empresa de Pesquisa Energética. Análise de Conjuntura dos Biocombustíveis. 
Disponível em http://www.epe.gov.br/Petroleo/Paginas/default.aspx. 
 
GIL, Carlos Antônio. Como Elaborar Projetos de Pesquisa. 4. ed. São Paulo: Atlas, 2002. 
 
LOBO, Camila da Silva. A Importância da Cogeração Utilizando Bagaço de Canade-Açúcar como 
Forma de Diversificação da Matriz Elétrica. 2013. Monografia (Curso de Engenharia Elétrica) – 
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. Disponível em: 
http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10007284.pdf. Acesso em: 16 nov. 2016. 
 
LOPES, A. G.; BRITO, E. C. Cogeração de energia elétrica derivada da queima do bagaço da cana-
de-açúcar. 2009. Monografia (Curso Sequencial de Gestão Ambiental) – Centro Universitário de 
Lins – Unilins. 
 
MACEDO, I. C.; LEAL, M. R. L. V.; SILVA, J. E. A. R. Balanço das emissões de gases do efeito estufa 
na produção e no uso do etanol no Brasil. São Paulo-SP: Governo do Estado de São Paulo, 
Secretaria do Meio Ambiente, 2004. 
 
NAGAOKA, Marilda da Penha Teixeira; ESPERANCINI, Maura Seiko Tsutsui; PINHEIRO, Flávio 
Abranches. Análise da comercialização de energia elétrica cogerada pelo setor sucroalcooleiro 
no estado de São Paulo. Rev. Econ. Sociol. Rural, Brasília, v. 41, n. 4, p. 759-778, 2003 
 
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