5 Termeletrica

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3. Usinas Termelétricas
• Usinas Termoelétricas: onde a energia resulta da transformação
da energia cinética de gases e vapores em expansão, aquecidos
pela queima de combustíveis.
Geralmente são classificadas em dois grandes grupos:
– utilizam como combustível materiais fósseis- Convencionais – utilizam como combustível materiais fósseis
como carvão, óleo combustível, gás natural, etc.
- Nucleares – utilizam combustíveis físseis (de fissão nuclear)
como urânio natural ou enriquecido.
3. Usinas Termelétricas
Figura 3.16: Representação de uma usina termelétrica à carvão
3. Usinas Termelétricas
• O grupo de usinas convencionais pode ser dividido em
– usinas com turbinas a vapor;
– usinas com turbinas a gás;
– usinas com combustão direta (óleo diesel).
3. Usinas Termelétricas
• As usinas de combustão direta funcionam com base no
princípio dos motores a pistão, como as usinas a óleo diesel.
– Possuem fortes limitações quanto ao tamanho das unidades e
apresentam como grandes vantagens suas dimensões reduzidas, a
facilidade de operação e manutenção, e a rapidez de tomada ou
redução de carga.redução de carga.
– Os inconvenientes do seu emprego ficam, principalmente, por conta
do uso de um combustível dispendioso e da poluição ambiental.
– São normalmente empregadas em localidades sem possibilidade de
utilização de outra fonte de geração, ou onde ainda não se dispõe de
interligação elétrica com outros sistemas geradores.
3. Usinas Termelétricas
Figura: Motor Diesel utilizado em Usina Termelétrica à diesel
3. Usinas Termelétricas
• As usinas com equipamento a gás utilizam-se da mistura gasosa do ar
comprimido com o gás obtido da queima do combustível para acionamento
da turbina, conforme esquematizado na figura:
• Este tipo de instalação apresenta dificuldades técnicas construtivas devido
às altas temperaturas exigidas e à necessidade de emprego de turbo-
compressores, sendo usualmente capazes de produzir potências mais
elevadas que as unidades a diesel.
3. Usinas Termelétricas
• Apesar do uso de diferentes combustíveis, as usinas com turbina a vapor
(que usam a queima de matéria-prima para obtenção de vapor) podem ser
representadas de forma simplificada:
• Neste tipo de usina, a fonte de calor pode ser a combustão de qualquer 
um dos combustíveis já citados ou, ainda, outro combustível 
alternativo.
Obs.: Poderíamos representar uma usina nuclear utilizando a figura 3.16, com inclusão do 
reator como forma de obtenção de calor a partir da reação nuclear.
Figura 3.16: Esquema simplificado da geração de energia com turbina a vapor
3. Usinas Termelétricas
• Representação de usinas termoelétricas nos estudos de
planejamento de geração:
– é feita através de suas características físicas e restrições operativas, tais
como:
• Potência máxima; Combustível usado; Consumo específico; Taxa
de tomada de carga; Nível mínimo operativo.
• Um parâmetro relevante na caracterização físico-operativa de unidades
termoelétricas é a representação gráfica de seu consumo incremental ou de
seu custo incremental
– que representa sua taxa de aumento de consumo de combustível (ou de seu
custo de operação) em função de um aumento incremental da geração. O
gráfico da figura 3.17 mostra o custo incremental de operação de uma
unidade termoelétrica.
3. Usinas Termelétricas
3.17: Curva de custo incremental de geração, típica de unidades termoelétricas
3. Usinas Termelétricas
• Os níveis mínimos operativos de usinas termoelétricas,
usualmente representados em estudos de planejamento
energético, podem ser decorrentes de diferentes fatores:
– Podem estar ligados às próprias características físicas das usinas, tais
como:
=> manutenção da estabilidade do ciclo termodinâmico, ou
=> do consumo de combustível secundário nas usinas a carvão.=> do consumo de combustível secundário nas usinas a carvão.
– Podem também estar relacionados a problemas de estabilidade na rede
elétrica.
– Existem ainda usinas que tem um consumo mínimo de combustível
contratado com seu fornecedor, para assegurar a continuidade de
exploração da fonte a ser utilizada como combustível.
3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis
• Os combustíveis fósseis são a principal fonte de energia elétrica em
todo o mundo, exceto em alguns países , como Noruega, Brasil
(predominantemente hidráulica) e França (predominantemente
nuclear). Esses combustíveis fósseis são essencialmente:
• Carvão
• Gás natural
• Petróleo• Petróleo
• Os combustíveis fósseis são derivados da energia do sol através da
decomposição da vegetação e de plantas.
• Neste sentido, os combustíveis fósseis são também renováveis mas
em uma escala de tempo muito maior – centenas de milhões de
anos - comparado à existência humana.
Termelétricas alimentadas com Carvão
• As usinas de energia alimentadas com carvão são as principais fontes
de eletricidade em muitos países.
• Os Estados Unidos apresentam fartura com este recurso com 30 por
cento do total mundial – suficiente para durar centenas de anos.
• Mesmo assim, há sérias conseqüências ambientais em queimar o
carvão, especialmente pelos gases emitidos que contribuem ao efeito
3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis
carvão, especialmente pelos gases emitidos que contribuem ao efeito
estufa.
• O carvão disponível pode ser dividido nas seguintes categorias (cada
uma contendo características próprias em termos do conteúdo de
energia e a poluição resultante):
- antracite ou antracito (carvão mineral com mais de 90% de carbono);
- betuminoso ou hulha (carvão mineral que contém betume, e apresenta
teor de carbono elevado, mas inferior ao do antracite);
- sub-betuminoso; linhito ou lenhito (apresenta 65 a 75% de carbono) e
turfa.
Termelétricas alimentadas com Carvão
• O carvão é queimado utilizando vários mecanismos de queima de
carvão com diferentes eficiências e emissão de carvão na atmosfera:
- alimentador mecânico;
- queima de carvão pulverizado;
- queima de forno ciclone;
- combustão de leito fluidizado e gasificação.
3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis
- combustão de leito fluidizado e gasificação.
• O calor da queima do carvão produz vapor de água, que é utilizado no ciclo
termodinâmico de Rankine, onde a água é utilizada como fluido de trabalho.
• As termelétricas a carvão têm uma consequência ambiental enorme, mas a
disponibilidade de carvão em custo acessível o faz uma escolha atrativa.
• Termelétricas a carvão levam um tempo considerável para entrar em operação
considerando a “partida fria”, e também apresentam tempo de resposta
elevado para variar a potência de saída em relação à variação de demanda.
Termelétricas alimentadas com Carvão
Ciclo de Rankine:
• O calor é adicionado à água em alta pressão na caldeira para produzir
vapor, que se expande através das pás da turbina e logo é esfriada no
condensador. As eficiências térmicas de tais ciclos estão tipicamente
em uma faixa porcentual de 35 a 40.
Vapor com elevada pressão
3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis
Aquecedor
Caldeira
Bomba
Condensador
Vapor com elevada pressão
Termelétricas alimentadas com Gás Natural e Petróleo
• O gás natural é abundante em certas regiões do mundo, assim como o
petróleo.
• As usinas a gás têm consequências ambientais inferiores às
termelétricas alimentadas com carvão, mas o gás natural sendo um
combustível baseado em hidrocarbonetos também contribui aos gases
3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis
combustível baseado em hidrocarbonetos também contribui aos gases
de efeito estufa.
• Além disso, tais usinas são relativamente baratas e rápidas para
serem construídas e podem ter eficiências razoáveis.
• As termelétricas alimentadas com petróleo são similares às usinas
alimentadas com gás em sua operação e rendimento.Untitled
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