Engenheiro Químico em Termoelétricas

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TERMOELÉTRICAS
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INTEGRANTES
Aline Silva
Ana Paula Martins
Arthur Soares
Beatriz Resende
Brendo Vagner 
Deysiane Martins
Mariana Miranda
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Engenheiro Químico em Termoelétricas
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Engenheiro Químico
Energia
 Os engenheiros químicos devem estar familiarizados com os aspectos técnicos gerais da produção de energia, de refrigeração e de acondicionamento;
 Coordenar apropriadamente a produção dessas ferramentas essenciais e o respectivo emprego no processo químico;
 Produção de energia X Produção de energia e vapor.
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Termoelétricas
 São máquinas térmicas que tem por objetivo a conversão de energia de um combustível em energia elétrica.
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Figura 1 - Usina termoelétrica da Petrobras Juiz de Fora 
(PETROBRÁS, S.D.).
Figura 2 - Empresa Petrobrás 
(PETROBRÁS, S.D.).
Conversão Termoelétrica
 Energia Química Energia Térmica Energia Mecânica Energia Elétrica
 	 Combustão Turbina Gerador
 
 Matéria Prima Produto
Figura 3 - Conversão Termoelétrica
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As usinas Termoelétricas
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Usinas termoelétricas
Definição:
Queima do combustível;
Uso do vapor na geração de energia;
Recuperação do vapor.
Conjunto de obras e equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica;
Nas Usinas convencionais esse 
processo consiste em três etapas 
principais:
Figura 4 - Esquema do funcionamento de uma usina termoelétrica (SOBRAL, 2015).
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Matérias-primas
Os materiais utilizados para a combustão são provenientes de fontes:
 
Renováveis (Biomassa);
Lenha;
Bagaço de cana;
Licor negro;
Casca de arroz;
etc.
Não renováveis:
Gás natural;
Petróleo;
Carvão mineral;
Óleo;
etc. 
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Figura 5 - Matrizes Elétricas Nacional e Mundial (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2015).
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Maiores Usinas e suas concentrações
Figura 6 - As dez maiores Usinas em capacidade de geração em KW (REVISTA MÉTRICA INDUSTRIAL, 2010).
Figura 7 - Onde estão as Usinas (REVISTA MÉTRICA INDUSTRIAL, 2010).
Figura 8 - As três maiores companhias de Usinas Termoelétricas (REVISTA MÉTRICA INDUSTRIAL, 2010).
Processo
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Óleo Diesel
Definição:
Obtido na destilação atmosférica do petróleo nas frações óleo diesel pesado e leve que são misturados com nafta e querosene ;
Formado principalmente por hidrocarbonetos e em baixas concentrações de enxofre, nitrogênio e oxigênio;
Inflamável;
Tóxico;
Volátil;
Odor forte e característico.
Figura 9 - Óleo Diesel (REVISTA CARGA PESADA, 2014).
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Fluxograma do Processo
Figura 10 - Fluxograma do Processo (LEÃO, 2013).
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Tipos de Turbina:
Turbina a gás;
Figura 11 - Turbina a gás (LEÃO, 2013).
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Tipos de Turbina:
Turbina a vapor;
Figura 12 - Turbina a Vapor (SÓBIOLOGIA, S.D.). 
Eficiência das Máquinas Térmicas
 Máquina Térmica: Dispositivos ou máquinas que produzem trabalho a partir de calor em um processo cíclico;
 Enunciado 2ª lei da Termodinâmica: ‘Nenhum dispositivo pode operar de modo que seu único efeito seja converter completamente calor absorvido em trabalho’
A eficiência máxima de máquinas térmicas se dá pela máquina de Carnot:
 
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Eficiência das Máquinas Térmicas
 Devido às perdas, algumas das mais eficientes turbinas a vapor apresentam eficiência de 45%;
 55% da energia térmica são perdidos durante o processo de conversão térmico-mecânico
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Ciclos termodinâmicos de uma central termoelétrica
 Ciclo termodinâmico: É um conjunto de processos que um fluido de trabalho se submete após os quais a matéria retorna ao seu estado inicial. O ciclo tem como objetivo descrever as transformações termodinâmicas sofridas pelo fluido durante cada etapa do processo.
 Os principais ciclos que uma central termelétrica pode operar são:
- Ciclo Rankine;
- Ciclo Brayton;
- Ciclo Combinado;
- Ciclo de Motores.
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Ciclo Rankine
 Descreve a operação de turbinas a vapor comumente encontradas em estações de produção de energia
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Figura 13 - Esquemático do ciclo Rankine (LEÃO, 2013).
Ciclo Rankine: Etapas
Fase 1-2 Compressão: o fluido é bombeado
de uma pressão baixa para uma pressão 
alta utilizando-se uma bomba.
Fase 2-3 Transferência de calor isobárica: 
o fluido pressurizado entra numa caldeira, 
onde é aquecido a pressão constante 
até se tornar vapor superaquecido.
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Figura 14 - Esquemático do ciclo Rankine - Adaptado (LEÃO, 2013).
Ciclo Rankine: Etapas
Fase 3-4 Expansão: o vapor superaquecido 
expande através de uma turbina para gerar
 trabalho. Idealmente, esta expansão é 
isoentrópica. Com esta expansão, tanto a 
pressão quanto a temperatura se reduzem.
Fase 4-1 Transferência de calor: o vapor então
entra num condensador, onde ele é resfriado
 até a condição de líquido saturado.
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Figura 15 - Esquemático do ciclo Rankine – Adaptado (LEÃO, 2013).
Configuração das Plantas Térmicas
 Geração termelétrica gás;
 Geração termelétrica a vapor.
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Figura 16 - Esquema da geração termelétrica a vapor (BRASIL ESCOLA, 2016).
Características desse sistema
 Diversidade de combustíveis usados;
 Fluído de trabalho utilizado é a água (composto mais abundante da Terra, fácil obtenção e baixo custo);
 Turbinas a vapor: combustão externa 
Gases não entram em contato com o fluído de trabalho;
 flexibilidade em relação aos combustíveis.
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Geração termelétrica a vapor
 Matéria-prima: o carvão e o óleo são os principais combustíveis
 Funcionamento geral:
- Combustível é queimado e o calor liberado na combustão é convertido em eletricidade através da geração de vapor, o qual se expande na turbina;
- Os gases de combustão são limpos através de filtros eletrostáticos e descarregados na atmosfera.
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Geração termoelétrica a vapor
1. O óleo diesel pesado é pré-aquecido e injetado na fornalha por meio de queimadores (maçaricos) onde é queimado como um gás;
2. O calor da combustão evapora a água produzindo vapor d’água a elevada pressão e temperatura. Estes tubos formam o evaporador da caldeira;
As paredes da fornalha são recobertas com tubos contendo água;
 Estes tubos formam o evaporador da caldeira.
3. O acionamento da turbina se produz pela expansão do vapor de alta pressão procedente de uma caldeira convencional
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Geração termelétrica a vapor
4. O vapor produzido na caldeira alimenta a turbina que move o gerador elétrico síncrono de pólos lisos;
5. Para reaproveitamento do fluído de trabalho
 é necessário a liquefação 
do vapor no condensador antes
 de bombeá-lo à caldeira.
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Figura 17 - Fluxograma do Processo (LEÃO, S.D.).
Geração termelétrica a vapor
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Figura 18 - Diagrama da conversão termoelétrica a vapor (LEÃO, 2013).
Figura 19 - Principais equipamentos de 
uma usina térmica a vapor (LEÃO, 2013).
Vantagens e Desvantagens
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Vantagens e Desvantagens
Vantagens:
Construção próxima aos locais de consumo;
Época de escassez de recursos hídricos;
Mais rápida a construção;
Alternativa para lugares onde não há outros recursos;
Menor custo inicial.
Desvantagens:
Produto de alto custo final;
Queima de combustíveis;
Aquecimento da água dos rios;
Lixo atômico (Nuclear);
Maior custo com operação e manutenção.
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Figura 20 - Comparativo entre recursos (ROSA, 2007).
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Impactos Ambientais
Retorno da água aquecida aos rios; 
Lançamento de gases na atmosfera (CO2, CO, SO2);
Contribuição para o aquecimento global;
Material particulado (na combustão incompleta);
Qualidade do ar.
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Curiosidades
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Curiosidades
Em 1883 foi inaugurada a primeira Usina Termoelétrica do Brasil, em Campos dos Goytacazes, com a potência de 52 kW;
47% da energia elétrica gerada em plantas termelétricas que utilizam derivados de petróleo estão em seis países: EUA, Japão, México, Arábia
Saudita, Itália e China;
A Usina Termoelétrica de Igarapé foi ligada em 2014 a pedido da FIFA. Espera-se que ela também seja ligada em 2016 devido às Olimpíadas.
CVU: Custo Variável Unitário
Custo do combustível e de variáveis.
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Figura 21 - Preço de Geração de energia elétrica por fonte (ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica e ONS - Operador do Sistema Elétrico). 
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Visita Técnica
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Usina Termoéletrica de Igarapé
CEMIG;
Juatuba;
131 MW;
Óleo;
1 unidade geradora;
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Figura 22 - Fonte de água da usina
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Figura 24 - Caldeira (CEMIG, S. D.).
Figura 23 - Tanques de armazenamento
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Figura 26 - Sala de controle
Figura 25 - Tubulação
Conclusão
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Conclusão
 Por ser o Brasil um país de “enorme” potencial hídrico, a produção de energia através de termoelétricas torna-se uma questão amplamente discutível.
 Os impactos ambientais causados pela emissão de CO2 na atmosfera, tornam as vantagens apresentadas em sua construção e manutenção nulas.
 Sendo assim, a produção de energia no país não seria algo simples, temos possibilidades de escolha. Continuar com a produção hídrica ou com implementações de novas termoelétricas?
 Não cabem aqui respostas prontas e sem embasamentos técnicos, porém, caberíamos dizer que, por mais que necessitamos como país de uma demanda elevada de energia, os prejuízos causados ao planeta serão irreversíveis!
 “A NATUREZA PEDE SOCORRO”.
Obrigado!
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Referências Bibliográficas
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Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Petróleo. Disponível em: <http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/petroleo/7_3.htm>. Acesso em 12 jun 2016.
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CEMIG. Usinas Térmicas. Disponível em: <http://www.cemig.com.br/pt-br/a_cemig/Nossa_Historia/Paginas/termicas.aspx>. Acesso em: 13 jun 2016.
LEÃO P.S, Ruth. Geração Termoelétrica - Ciclos. Disponível em : <http://www.ebah.com.br/content/ABAAABbewAA/geracao-termoeletrica-ciclos>. Acesso em: 14 jun 2016.
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Resenha Energética Brasileira - Exercício de 2014. Disponível em: <http://www.mme.gov.br/documents/1138787/1732840/Resenha+Energ%C3%A9tica
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REVISTA MÉTRICA INDUSTRIAL - As Termelétricas na geração de energia no Brasil. Disponível em: <http://www.grandesconstrucoes.com.br/br/index.php?option=com_conteudo&task=view
Materia&id=343>. Acesso em: 12 jun 2016.
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SOBRAL, Carolina. Usinas Termoelétricas - A Energia da Combustão. Disponível em: <http://www.engquimicasantossp.com.br/2015/06/usinas-termoeletricas-energia-combustao.html>. Acesso em: 12 jun 2016.
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