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de um estudo de caso.
Vamos, agora, fazer uma avaliação de um sistema de célula a combustível utilizando o hidrogênio obtido como subproduto de uma planta de cloro-soda, utilizando-se para isso as duas metodologias: • O tradicional fluxo de caixa descontado (VPL); e A Teoria das Opções Reais (TOR).
A proposta a ser avaliada refere-se a uma modelagem, porém apresenta parâmetros possíveis com os que poderão ser praticados nas duas empresas brasileiras do segmento cloro-soda que, gentilmente, nos forneceram dados operacionais.
Os seguintes parâmetros serão utilizados como dados de entrada para as células: • Potência instalada/célula – 0,20 MW; • Custo de investimento “aceitável” e Pilhas a combustível – R$20,6 milhões; • Custo de operação e manutenção – 0,01US$/KWh = (0,01US$/KWh) (15.200 KW x 8.760h/ano) (1,7R$/US$) = 2.263.584,00R$/ano; • Preço do projeto – consumo de energia evitado (energia elétrica que deixará de ser comprada devido à geração de eletricidade oriunda do sistema da célula a combustível) = R$10,0 milhões; • Vida útil do equipamento – 12/20 anos; • Taxa de desconto – 10 a 12% ao ano; • Impostos – 14% II, 5% IPI e 17% ICMS, aproximadamente.
A integração de sistemas de célula a combustível com plantas que produzem hidrogênio, como a do segmento cloro-soda, representa uma solução para atingir concomitantemente as metas de ampliar a competitividade industrial e de contribuir para a política de redução de emissões de gases poluentes.
Os fabricantes internacionais, e de certa forma os nacionais, de sistemas de célula a combustível, estão dedicando muita importância para esses projetos de integração e realizando importantes pesquisas. Estas pesquisas estão focadas nos custos relativos ao ciclo de vida, nas corretas aplicações e em padrões de segurança, além da implementação de projetos de demonstração em parceria com empresas do segmento cloro-soda e fundos de investimento interessados em P&D.
No Brasil, acordos específicos de trocas de informações entre as universidades e fabricantes nacionais estão sendo programados para que assuntos de domínio público
sejam publicados e as empresas do segmento sejam preservadas no que diz respeito aos seus interesses comerciais.
De acordo com os temas até o momento apresentados, exemplificaremos um modelo de viabilidade econômica por meio de um estudo de caso no seguimento cervejeiro. Em uma pequena central, a biomassa com turbina a vapor pode ser representada por:
O princípio de funcionamento de uma pequena central a vapor consiste na queima de combustível (por exemplo biomassa) num forno.
A energia calorífica resultante da queima é utilizada para aquecer a caldeira. Na caldeira, a água é convertida em vapor saturado de alta pressão a uma temperatura superior à temperatura de saturação (sobreaquecimento).
Este vapor é expandido em uma turbina de vários andares (é frequente pelo menos um reaquecimento intermédio), sendo finalmente rejeitado (a baixa pressão) para um condensador de vácuo, onde se processa a condensação do vapor.
Finalmente, o condensado é bombeado de novo para a caldeira (eventualmente com um pré-aquecimento, designado regeneração), para reinício do ciclo.
Nos sistemas de cogeração, não deve ser usado o tipo de turbina que acabou de se descrever, chamada turbina de condensação, pois este equipamento está dimensionado para otimizar o rendimento da conversão elétrica.
Assim, é mais adequado usar, em sistemas de cogeração, as chamadas turbinas de contrapressão (ou de não condensação). Nas turbinas de contrapressão, o fluxo de vapor exausto que abandona a turbina é enviado diretamente para o processo industrial em condições próximas das que são requeridas.
O termo contrapressão refere-se ao fato de o vapor ser rejeitado a pressões da ordem de grandeza da pressão atmosférica, superiores. Portanto, ao vácuo do condensador (pressão da ordem das centésimas de bar).
A utilização do vapor a uma pressão relativamente elevada prejudica sensivelmente o rendimento elétrico, mas melhora o rendimento térmico, pois as características do vapor são normalmente mais adequadas aos fins a que se destina.
A turbina de extração é um misto das duas anteriores: • Uma parte do vapor é enviada para o processo industrial, a uma pressão intermédia; e • O remanescente é condensado no condensador.
Podemos observar os diferentes módulos de uma turbina a vapor que aproveita os diferentes níveis de pressão.
Após uma pesquisa exaustiva, conseguiu-se encontrar no “IEEE” e no “Direct Science” diagramas de blocos que traduzem o processo/comportamento de uma turbina a vapor.
No entanto, os modelos obtidos através da nossa pesquisa não contêm valores concretos das constantes. Estes valores dependem de inúmeros fatores, como, por exemplo, do tipo de combustível usado, tipo de turbina usado (potência), entre outros.
Estes valores são do conhecimento exclusivo dos fabricantes e/ou técnicos especializados na área.
Modelo de diagrama de controle de turbina
Diagrama de blocos da potência gerado com intuito de facilitar a análise dos diagramas, recorrendo ao software “MATLAB”. Foram esquematizados os dois modelos, restando apenas ao utilizador final introduzir o valor das constantes desconhecidas.
Os subsistemas “By pass” e “Intercept valve” foram integrados de forma a posteriormente poderem ser modelizados. Neste momento, apresentam comportamentos lineares, isto é a entrada corresponde à saída.
Após esta importante contextualização, vamos à análise de viabilidade econômica. Neste exercício, pretende-se que sejam calculados os gastos anuais com a energia em uma indústria (componente petrolífera e componente eléctrica).
Tendo em conta a tabela de preço e consumo eléctrico fornecido no enunciado, calculou-se o gasto com eletricidade por mês, já quanto ao gasto em recursos petrolíferos, sabendo-se o consumo de fuelóleo necessário para o suprimento de calor e sabendo-se o preço por kg, calculou-se o encargo financeiro com o mesmo.
Partindo do pressuposto que o consumo é constante todos os meses, Foram calculados os encargos financeiros anuais.
Gastos com Energia Mês Ano Custos com Eletricidade 39.818€ 477.816€ Custos com Gás Natural 27.750€ 333.000€
É possível estimar um custo do vapor, ou seja, o dinheiro necessário para se obter um kg de vapor recorrendo à expressão:
Custo do Vapor = Encargos com fuelóleo anuais_____ Consumo de vapor por hora *365*24
Tendo em conta que o consumo de vapor por hora foi fornecido no enunciado (8000kg/h), chegamos assim a um Custo Vapor 0.0048 €/kg.
De modo a podermos colocar as duas energias utilizadas no mesmo patamar e assim analisá-las comparativamente, calculamos o valor de toneladas equivalente de petróleo (TEP) correspondente às duas energias.
Utilizaram-se os valores base de conversão: 
• Para o fuelóleo: 0.969 TEP/ton; 
• Para a energia eléctrica: 0.00029 TEP/kWh.
Multiplicando esses fatores de conversão pelas quantidades consumidas de cada fonte de energia, obteve-se: 
• Para o fuelóleo: 872,1 TEP; 
 • Para a energia eléctrica: 1646 TEP.
Dividindo os valores obtidos para custos anuais de cada uma das energias pelos valores energéticos em TEP, chegou-se aos valores: 
• Para o fuelóleo: 381,84 €/TEP; 
 • Para a energia elétrica: 290 €/TEP.
Analisando os resultados finais, podemos concluir que a energia proveniente do fuelóleo fica mais dispendiosa do que a energia elétrica.
AULA 01
Conceitos básicos
APRESENTAÇÃO
Atualmente é impossível imaginar a vida sem o uso da energia elétrica. A cada ano surgem novos utensílios elétricos e eletrônicos, enquanto somem outros manuais. Viver sem eletricidade é regredir séculos na história.
A oferta de energia, de todas as suas formas, é essencial, pois a indisponibilidade deste recurso pode se tornar um gargalo para um país, visto que, por exemplo, a eletricidade é um insumo fundamental para diversos setores da economia.
Portanto, para crescer economicamente, e para sustentar esse crescimento, se faz necessário o aumento da oferta das diversas fontes

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