TM-024 - Geração de Energia. Objetivos da disciplina Aprofundar os conhecimentos dos alunos na área de geração/transformação e uso de energia nas diversas.

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1 TM-024 - Geração de Energia

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3 Objetivos da disciplina Aprofundar os conhecimentos dos alunos na área de geração/transformação e uso de energia nas diversas formas, renováveis e não renováveis. Aplicar conceitos de engenharia econômica a projetos de geração de energia e de eficiência energética.

4 1) Centrais hidro e termelétricas, Zulcy de Souza et. al., 1983. 2) Hidrogênio - Evoluir sem poluir, Emilio Hoffman Gomes Neto, 2005. 3) Wind and Solar Power Systems, Mukund R. Patel, 1999. 4) Petróleo - do Poço ao Posto, Luiz Cláudio Cardoso, 2006. 5) Fundamentos da Engenharia Econômica, Donald. G. Newnan et. al., 2000. 6) Decifrando a terra, Wilson Teixeira et. al., 2000. 7) Atlas de energia elétrica no Brasil, ANEEL, 2002. Bibliografia:

5 Conteúdo Cap. 1 - Conceitos fundamentais Cap. 2 - Engenharia econômica Cap. 3 - Máquinas e sistemas elétricos Cap. 4 - Energia hidráulica Cap. 5 - Energia da biomassa Cap. 6 - Energia eólica Cap. 7 - Energia solar Cap. 8 - Energia de combustíveis fósseis Cap. 9 - Energia nuclear Cap. 10 - Células de combustíveis (Fuel Cell) Cap. 11 - Eficiência energética Cap. 12 - Transporte

6 Capítulo 1 - Conceitos fundamentais

7 1.1 - Conceito de energia Energia = Capacidade de realizar trabalho (termodinâmica) Energia  Trabalho  Torque mecânico [J] = [N.m] (Força aplicada ao longo de um comprimento) Energia térmica = Máquina térmica realiza trabalho mecânico Energia elétrica = trabalho mecânico “produz” energia elétrica Energia química = Reação química “produz” energia térmica Reserv. Energia A Máquina Reserv. Energia B EAEA EBEB

8 Quanto à utilização da matéria associada a transformação de energia pode-se classificá-la em processo cíclicos ou de fluxo: a) Cíclicos : ciclo a vapor, ciclos de refrigeração, circuitos elétricos e outros. b) Fluxo : Combustão, escoamento de fluidos e outros. Sendo uma grandeza em fluxo e que pode ser acumulada (normalmente associada a uma quantidade de matéria), qualquer forma de energia provém de uma fonte e será transformada em outra forma ao longo do tempo, dos processos naturais e dos processos de utilização desta energia pelo homem.

9 1.2 - “Fontes” e formas de energia Hipótese Energia Nuclear = Fonte primária Energia Térmica da terra = Fonte primária Todas as demais FORMAS de energia derivam destas duas. Energia nuclear = É a fonte primária da energia solar Estas fontes primárias se formaram durante a origem do sistema solar

10 1) Energia química dos combustíveis fósseis: Material orgânico, vegetal e animal, decomposto em rochas sedimentares que se transformaram em hidrocarbonetos devido a ação de pressão e temperatura no subsolo. Exemplos: Fonte de energia: Solar (nuclear) e geotérmica Matéria associada: Carbono, Hidrogênio, Oxigênio, Nitrogênio e outros 2) Energia elétrica produzida nas hidrelétricas: Ciclo hidrológico movido pela energia solar. Matéria associada: Água

11 Energia renovável: - Energia hidrelétrica - Energia de biomassa Centrais térmicas e outras - Energia eólica - Energia solar Energia térmica Aquecedores solares Energia elétrica indireta Centrais solares Energia elétrica direta Células fotovoltaicas Energia não renováveis: - Combustíveis fósseis - Combustíveis nucleares - Resíduos de petróleo - Gás Natural - Metano Célula de combustível: - Hidrogênio (pode ser renovável ou não) - Metano (pode ser renovável ou não)

12 1.3 - Potência e eficiência Reserv. Energia A Máquina Reserv. Energia B EAEA EPEP Potência é energia transferida por unidade de tempo P = E / t = E/t W = J / s(Watt = Joule / segundo) EBEB

13 Gerador Elétrico de 10 MW EAEA EPEP Energia entregue pelo gerador em uma hora: Es = Ps.t = 10.000.000 x 3.600 (W.s = 3,6 x 10 10 J) Es = Ps.t = 10.1 = 10 MWh EBEB Exemplo: Considere um gerador elétrico (acionado por uma turbina hidráulica) de 10.000 kW ou 10 MW (Potência efetiva de saída) com eficiência de 96%. Turbina hidráulica Energia recebida pelo gerador em uma hora: Ee = Pe.t = 3,6 x 10 10 J / 0,96 = 3,75 x 10 10 J Ee = Pe.t = 10,4166.1 = 10,41 MWh Potência da turbina deverá ser: Pt = 10,41 MW = 10.416 kW Potência mecânica transformada em potência térmica: Pp = Pe - Ps = 10.416 - 10.000 = 416 kW

14 Cap. 2 - Engenharia Econômica

15 Engenharia Econômica: Auxilia no processo de tomada de decisão Decisões a respeito de problemas e ações: Simples Intermediários Complexos Processo de tomada de decisão: Reconhecimento de um problema ou ação necessária Definição de um objetivo ou mais objetivos Coleta de dados relevantes Identificação de alternativas viáveis Escolha de um critério de julgamento Construção de inter-relações entre objetivo, alternativas, dados e critérios Predição dos resultados para cada alternativa Escolha da melhor alternativa

16 Tomada de decisão Reconhecimento de um problema: Conta de energia elétrica de uma empresa foi considerada alta Por exemplo: Acima de 10% do faturamento anual Definição de um objetivo: Estabelecer uma meta de redução de consumo ou meta de geração própria Por exemplo: Reduzir 20% do consumo ou gerar 30% do consumo Coleta de dados relevantes: Por exemplo: Identificar processos de maior consumo energético ou identificar potenciais de geração na região da empresa

17 Identificação de alternativas viáveis Escolha de um critério de julgamento Construção de inter-relações entre objetivo, alternativas, dados e critérios Por exemplo: Troca de motores antigos por motores de maior eficiência Por exemplo: Implantação de coletores solares para diminuir consumo de energia no refeitório (produzir água aquecida) Por exemplo: Custo benefício Por exemplo: TIR Modelo matemático Predição dos resultados para cada alternativa Estudo de cenários com o modelo Escolha da melhor alternativa

18 2.1 - Juros e Equivalência F = 1.000,00 x [1+(7,5%/100)] 4 = 1.335,47 P = 1.000,00 x [1+(7,5%/100)] -4 = 748,80 2.1.1

19 2.1.2 A = 100.000,00 x [0,075x(1+0,075) 5 ]/[(1+0,075) 5 -1] = A = 100.000,00 x FRC = 100.000,00 x 0,2471 = 24.716,41

20 Exemplo : Uma máquina que realiza determinada tarefa em uma indústria deverá ser trocada por outra que consome menos energia. A nova máquina irá consumir R$ 300,00 a menos de energia do que a antiga, sabendo que a vida útil desta nova máquina é de cinco anos qual deverá ser o custo desta máquina para que compense efetuar a troca, considerando uma taxa de juros de 6% a.a. ? (P/A,i,n) = (P/300,6%,5) = (P/A,i,n) = 300 x 0,3382 / 0,08029 = 1.263,71

21 2.1.3

22 2.1.4

23 F = 1.000,00 x (1,075) 4 = 1.335,47 F = 1.000,00 x (e 0,075 x 4 ) = 1.000,00 x 1,3498 = 1.349,86 2.1.5

24 2.2 - Métodos de avaliação SituaçãoCritério Custos ou orçamentos fixosMaximizar os benefícios Benefícios fixosMinimizar os custos Nem custos nem benefícios fixosMaximizar (benefícios/custos) Eficiência econômica:

25 2.2.1 - Método do valor presente Uma das maneiras mais fáceis de comparar alternativass mutuamente excludentes é trazer suas consequências para a data zero. Na análise do valor presente, devemos levar em conta cuidadosamente o prazo abrangido pela análise, denominado horizonte de planejamento. Normalmente utiliza-se a vida útil de um equipamento como sendo o período de análise.

26 Exemplo 2.1

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28 2.2.2 - Método da Taxa Interna de Retorno

29 2.3 – Financiamento - BRDE - BNDES A forma de financiamento adotada pelo BNDES - Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social, cujo agente financeiro nos estados da região sul é o BRDE - Banco Regional de Desenvolvimento do Extremo Sul, é denominada SAC. O financiamento é realizado sobre 60% das obras civis e 80% dos equipamentos. O percentual restante destes itens e também custos de projetos e administração devem ser cobertos pelos investidores. O financiamento nessa modalidade é realizado com taxa de juros equivalente à TJLP - Taxa de Juros de Longo Prazo, acrescida da taxa do agente financeiro.

30 TJLP

31 2.3.1 – Juros durante carência Durante o período de carência, 6 meses após o início do financiamento, deverá ser paga somente a parcela do juros sobre saldo devedor equivalente à taxa do agente financeiro acrescido de 4%. Os juros cobrados durante o período de carência podem ser calculados pela fórmula, considerando como 2% a taxa do agente financeiro: Juros car = SLD ant. [ (fat 1 +1) nd - 1] onde : SLD ant = Saldo devedor anterior (no início do bimestre anterior) fat 1 = fator 1 = [(1+0,06) (1 / 360) -1] = 0,0001618 = 0,0161% a.d. nd = número de dias (pagamentos bimestrais - depende do mês)

32 2.3.2 – Amortização Durante o período de amortização, as parcelas de amortização são calculadas em função do número de meses restantes para completar 120 meses (10 anos), por exemplo, a primeira parcela de amortização é calculada pelo saldo devedor dividido por 120, a segunda é calculada pelo saldo devedor dividido por 119 e sucessivamente. Durante este período o saldo devedor é calculado pela fórmula anterior, sendo que, o número de dias passa a ser determinado mensalmente. Os juros sobre o saldo devedor também passam a ser pagos mensalmente, pela fórmula acima exposta, sendo que o número de dias passa também a ser apurado mensalmente.

33 2.3.2 – Saldo devedor O saldo devedor é reajustado conforme a seguinte fórmula, considerando uma TJLP de 6,5% : SLD = SLD ant. [ (fat 2 +1) nd - 1] + P.Fin. onde : SLD = Saldo devedor no início do bimestre P.Fin. = Parcela do financiamento recebida no início do bimestre SLD ant = Saldo devedor anterior (no início do bimestre anterior) fat 2 = fator 2 = [(1+fat 3 ) (1 / 360) -1] = 0,0000659 = 0,0065% fat 3 = fator 3 = (1,065/1,04) -1 = 0,024038 = 2,40 %

34 2.4 - Aspectos tributários

35 2.5 - Prazos de projeto e construção

36 Cap.3 – Máquinas e Sistemas elétricos