COGERAÇÃO COM MOTOR DE COMBUSTÃO INTRNA E CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR ABSORÇÃO

M. R. D. Carneiro

Departamento de Mecânica, Escola Federal de Engenharia de Itajubá, Campus Universitário Prof° José Rodrigues Seabra, Av. BPS, 1303, Bairro Pinheirinho, Itajubá MG, cep 37500-176

Palavras-chave: Cogeração, Refrigeração por Absorção, Motor de Combustão Interna, Setor Terciário.

Resumo

O aumento crescente da demanda de energia tem levado a sociedade a buscar novas formas de suprimento e novos meios de racionalização do uso da energia. Um dos meios mais racionais de se utilizar a energia é a cogeração, que consiste na obtenção de duas ou mais formas de energia a partir de uma mesma fonte de energia, segundo Hu (1985). Um setor com grande potencial para a cogeração é setor terciário, principalmente os centros comerciais, hotéis, hospitais e escolas. Este setor tem como característica a necessidade de energia elétrica, calor e frio, contudo, apresenta como desvantagem baixo fator de capacidade. Geralmente, por questões de confiabilidade do suprimento de eletricidade, os empreendimentos que compõe este setor dispõe de uma unidade de emergência e, quase sempre, são motores de combustão interna que podem ser incorporados à um sistema de cogeração com ciclo de refrigeração por absorção.

Assim, diante da necessária racionalização de energia e da garantia do suprimento de eletricidade do setor terciário, este trabalho de Iniciação Científica tem como propósito fazer um estudo de viabilidade técnica e econômica de implantação de um sistema de cogeração composto por um grupo motogerador com motor de combustão interna a Diesel existente no

Laboratório de Máquinas Térmicas da Escola Federal de Engenharia de Itajubá e por um sistema de refrigeração por absorção, conforme o sistema apresentado na Figura 1 ao lado, sendo este compatível com a disponibilidade térmica do conjunto motogerador existente, resultando na capacitação do aluno para atuar como futuro engenheiro nesta área do

conhecimento e equipando o Laboratório de Máquinas Térmicas com um sistema de cogeração didático que possa ser utilizado para ensino nos cursos de graduação de Engenharia Mecânica, Engenharia Ambiental e Engenharia Elétrica, bem como para pesquisas no curso de pós-graduação de Engenharia da Energia.

Para a implantação do sistema de cogeração foi levantado o estado da arte sobre cogeração no setor terciário, sendo verificado a utilização de dois sistemas de refrigeração por absorção: água-amônia e brometo de lítio-água, Lagostera (1998). Para o dimensionamento de cada um desses sistemas foi necessário efetuar o balanço energético teórico de cada equipamento do ciclo, o qual é dado pela equação, sendo h₂ e h₁ as entalpias na saída e entrada de cada aparelho, respectivamente, e q a quantidade específica de calor trocado. Este entendimento é fundamental para a análise da performance do ciclo de refrigeração e para a aplicação dos dados obtidos em ensaio.

Além disso, realizou-se um estudo prático para a realização do dimensionamento do sistema de refrigeração por absorção adequado ao grupo motogerador, através da análise termodinâmica dos fluidos quentes do motogerador Diesel. Inicialmente avaliou-se os instrumentos de medição, mediante a calibração dos termopares existentes e a revisão no medidor de vazão de combustível. Após a verificação do funcionamento adequado destes instrumentos, efetuou-se o ensaio no grupo motogerador Diesel. Ressalta-se que o ensaio do grupo gerador foi realizado colocando-o em paralelo com a concessionária de energia elétrica local.

Através do ensaio, pode-se coletar os dados da temperatura de saída dos gases de exaustão, da água de refrigeração e do óleo lubrificante, além da vazão destes fluidos e da potência elétrica gerada, conforme apresentado na Tabela 1, abaixo.

Diante dos resultados apresentados acima, realizou-se uma análise termodinâmica dos fluidos quentes, obtendo-se a quantidade de calor fornecido pelo grupo motogerador e, então, efetuou-se o dimensionamento dos dois sistemas de refrigeração.

Ressalta-se que por restrições operativas a potência máxima gerada foi de 34 (kW), enquanto que a potência nominal do gerador é 48 (kW). Mesmo assim, os fluidos quentes atingiram temperaturas elevadas, favorecendo a recuperação do calor para fins de cogeração.

Com base na pesquisa bibliográfica realizada, Dossat (1992), pode-se concluir que o sistema de refrigeração mais adequado de ser acoplado ao grupo gerador em análise é o sistema brometo de lítio-água por ter um maior coeficiente de performance e necessidade térmica compatível com a oferta térmica do motor Diesel.

Agradecimentos: Agradeço ao CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, pela bolsa de Iniciação Científica, ao meu orientador Prof° Roberto Alves de Almeida. pela confiança depositada e ao Sr. Wilson, encarregado do Laboratório de Máquinas Térmicas, pelos auxílios prestados.

Referências:

Hu, S. D., Cogeneration, Reston Publish, 1985.

Dossat, R. J., Princípios de Refrigeração, 2a edição, Hemus livraria Editora Ltda, São Paulo, 1992.

Lagostera Beltran, J. I; Walter, A. S.; Gallo, W. L .R., Cogeração, Apostila UNICAMP, 1998.