Capítulo 6 Estimativa de Custos Operacionais

barg (90 psig).
2. Determine o número total de usuários do processo dos diferentes níveis de vapor. Esses números tornam-se a
base para o balanço do vapor.
3. Determine qual dos usuários retornará condensado para o sistema de água de alimentação da caldeira (BFW).
Se a injeção de vapor vivo for necessária para o processo não haverá condensado retornado desse serviço.
Para alguns usuários o retorno do condensado pode não ser economicamente viável.
4. Determine a pressão de retorno de condensado.
5. Estime as perdas de purga.
6. Faça um balanço de vapor e condensado e determine a água de reposição necessária no sistema de vapor.
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6.6.5 Geração de Vapor
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Para estimar os custos de geração de vapor podemos seguir os passos:
7. Determine a capacidade de geração de vapor da caldeira a vapor. A lógica usada aqui é que todo o vapor será
gerado no nível de pressão mais alta e será baixado através de turbinas ou válvulas para pressões média e
baixa. O vapor de alta pressão pode também ser gerado a 44,3 barg (650 psig) para permitir perdas e
superaquecido a 400°C (752°F) para produzir energia de maneira mais eficiente nas turbinas.
8. A geração de energia adicional pode ser realizada através da operação de turbinas usando o vapor de alta
pressão e turbinas usando vapor de média e baixa pressão. Todas essas opções são mostradas na Figura
anterior. Para equilibrar as necessidades elétricas e de vapor de uma planta, a determinação da quantidade
correta de vapor a gerar é um processo iterativo.
Exemplo: Determine o custo da produção de vapor de alta, média e baixa pressão usando gás natural como
combustível. Para a produção de vapor de média e baixa pressão, suponha que o vapor é produzido no nível de
pressão mais alto e considere o caso quando este vapor é enviado através de uma turbina para produzir
eletricidade e quando é simplesmente expandido através de uma válvula. O gás natural custa Us$11,10/GJ e o
consumo de energia elétrica no soprador de ar da caldeira é de 14 kWh/1000 kg de vapor produzido. O custo da
água de reposição da caldeira é baseado no pressuposto de que 10% de reposição é necessária.
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Vapor de alta pressão (41,0 barg):
Custo total do vapor de alta = custo GN + custo água caldeira + custo Ventilador + custo água reposição
A base é 1000 kg de vapor de alta gerado a 41 barg e saturado➔ h41 barg, sat = 2797,6 kJ/kg (T
sat = 254°C)
Suponha que a água de alimentação da caldeira provém de um desaerador que opera na pressão de vapor de
exaustão de 0,7 barg (Tsat = 115°C e 10 psig)➔ hBFW = 483,0 kJ/kg.
ΔHBFW-HP Steam = (2797,6 – 483,0) = 2314,6 kJ/kg
Energia necessária para produzir vapor = (2314,6) (1000) = 2,3146 GJ
O custo do gás natural para produzir 1000 kg de vapor sat HP (assumindo uma eficiência de 90% da caldeira) é
dado por:
Cost = (2,3146 GJ/0,9) x 11,1 $/GJ = $28,55 (por 1000 kg de vapor de alta)
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Custos de tratamento da água de alimentação da caldeira = $0,15/1000 kg
O custo da água de alimentação da caldeira é baseado no pressuposto de que 10% de reposição é necessária.
Custo de eletricidade para alimentar ventiladores de ar fornecendo ar de combustão para caldeira:
Uso de gás natural = (2,315/0,9)GJ 38.333,3 (kJ/m3) = 67,1 std m3 = 67,1/22,4 = 2,99 kmol (METANO)
Uso de oxigênio (com base em excesso de 3% estequiométrico) = (2,99) (2) (1,03) = 6,17 kmol de oxigênio
Ar = (6,17)/(0,21) = 29,38 kmol de ar.
Suponha que esse ar deve ser pressurizado 0,5 bar para superar as perdas de atrito na caldeira e na fornalha e 
assumindo que o soprador tenha eficiente de 60%:
O consumo elétrico para ventilador = (14 kWh/1000 kg) ($0,06/kWh) = $0,84/1000 kg de vapor.
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
O custo do BFW baseia-se na reposição da água, nos produtos químicos de tratamento e na energia térmica no
desaerador, para uma base de 1000 kg de BFW:
Custo da água de reposição = $0,067/1000 kg
Custo dos produtos químicos para tratamento = $0,15/1000 kg
Energia no desaerador = rqcpDt = 1000.4,18.(115-25) = 0,367 GJ/1000 kg
Custo da energia = ($11,10) (0,376) = $4,17/1000 kg
BFW custo = 4,17 + 0,067 + 0,15 = $4,39/1000 kg
Custo da água de reposição BFW = (0,1) (4,39) = $0,439
Finalmente,
Custo total do vapor de alta = custo GN + custo água caldeira + custo Ventilador + custo água reposição
Custo total do vapor de alta = $28,54 + $0,15 + $0,84 + $0,439 = $29.97/1000 kg de vapor de alta.
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Vapor de média pressão (10,0 barg): (Com crédito de energia)
Primeiramente abordaremos o caso onde o vapor de alta é rebaixado a vapor de média com crédito de energia
(geração de energia).
Custo total do vapor de média = Custo total do vapor de alta – crédito de energia gerado
A energia gerada (kWh) para esta situação é encontrada primeiramente assumindo uma expansão do vapor da
condição de alta pressão (HP: 41 barg e 400°C) para o nível de pressão média (MP: 10 barg e 184°C). Assim, temos
as seguintes informações:
h41 barg, 400°C = 3209,9 kJ/kg and e h10 barg, 184°C = = 2781,0 kJ / kg (Tabelas de vapor)
Logo: W = Δh = (3209,9 – 2781,0) = 428,9 kJ/kg➔ Trabalho teórico
Portanto, 1000 kg de vapor HP produzem 428,9 MJ ou 119,14 kWh de eletricidade. Assumindo uma eficiência de
turbina de 75%, a o trabalho produzido é (0,75) (119,14) = 89,4 kWh. Assim,
Crédito de energia elétrica = (89,4) (0,06) = $5,36 (por 1000 kg de vapor)
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6.6.5 Geração de Vapor - Exemplo
Capítulo 6: Estimativa de Custos Operacionais (OPEX)
Solução:
Vapor de média pressão (10,0 barg): (Com crédito de energia)
Logo,
Custo total do vapor de média = 29,97 – 5,36 = 24.61/1000 kg de vapor de média