Usinas De Açúcar E Álcool

Resumo

A utilização do bagaço da cana-de-açúcar como combustível nas caldeiras no processo de geração de energia termoelétrica, proporciona não só um fim aos resíduos da produção do açúcar e do álcool, como também produz energia limpa e renovável, sendo isto um dos principais estímulos aos investimentos nessa área.

Assim, é fundamental entender o funcionamento dos geradores termoelétricos das usinas de açúcar e álcool, bem como das caldeiras, para então, projetar-se sistemas de instrumentação, controle e automação, garantindo a eficiência e segurança do processo.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 1

2 DESENVOLVIMENTO 2

2.1 Funcionamento de um gerador termoelétrico de usinas de açúcar e álcool 2

2.2 Funcionamento de uma caldeira de usina de açúcar e álcool 3

2.3 Projeto da instrumentação, controle e automação de uma caldeira 4

3 CONCLUSÃO 5

4 BIBLIOGRAFIA 5

1 INTRODUÇÃO

No processo de produção do açúcar e álcool, mostrado na Figura 1, é gerado o bagaço, resíduo fibroso de celulose resultante da moagem da cana-de- açúcar. Cada tonelada de cana processada produz de 240 kg a 280 Kg de bagaço. [1]

Unindo a necessidade de descarte do bagaço com o potencial energético representado pela biomassa obtida pelo processamento desse resíduo, as usinas alcançaram não só autossuficiência em energia, como também a comercializam.

O processo de cogeração transformou-se em um dos principais estímulos aos investimentos na produção de energia a partir da cana-de-açúcar por parte das usinas de açúcar e álcool. [2]

Figura 1 - Esquema do processo de cogeração de açúcar, álcool e energia

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 Funcionamento de um gerador termoelétrico de usinas de açúcar e álcool

O funcionamento do gerador termoelétrico baseia-se no princípio do Ciclo de Rankine, estudado na disciplina de Fenômeno dos Transportes 6. O Ciclo de Rankine é um modelo ideal do ciclo das usinas de potência a vapor real, indicado e esquematizado na Figura 2. Ele é composto de 4 processos internamente reversíveis:

 O fluido é bombeado de uma pressão baixa para uma pressão alta utilizando-se uma bomba.

 O fluido pressurizado entra numa caldeira, onde é aquecido a pressão constante até se tornar vapor superaquecido. O bagaço da cana abastece o forno responsável pelo aquecimento da caldeira.

 O vapor superaquecido entra na turbina, na qual se expande produzindo trabalho. A potência mecânica obtida pela passagem do vapor através da turbina, fazendo com que esta gire, e no gerador, que também gira acoplado mecanicamente à turbina, transforma a potência mecânica em potência elétrica.[6] Com esta expansão, tanto a pressão quanto a temperatura do fluido se reduzem.

 O vapor então entra num condensador, onde ele é resfriado até a condição de líquido saturado. Este líquido então retorna à bomba e o ciclo se repete. [5]

Figura 2 - Sistema de potência a vapor [4]

2.2 Funcionamento de uma caldeira de usina de açúcar e álcool

As caldeiras, ou geradores de vapor, mostrada na Figura 3, tem seu funcionamento baseado nos princípios básicos de trocas de calor e transformação de energia, também vistos na disciplina de Fenômeno dos Transportes 6. Nas usinas de açúcar e etanol o tipo de caldeira utilizada é a aquatubular.

O bagaço que sai da moenda é queimado dentro da Fornalha (indicada na Figura 3), produzindo um gás, que é conduzido ao pré-aquecedor. Aquecedores de ar (indicada na Figura 3) são trocadores de calor destinados a elevar a temperatura do ar utilizado na combustão. O aquecimento do ar, além de reduzir o consumo de combustível, aumenta a velocidade de combustão e contribui para que a queima ocorra de forma uniforme e estável.

Do pré-aquecedor de ar, os gases da fornalha passam pelo Economizador (indicada na Figura 3), que efetua o aquecimento da água de alimentação da caldeira aproveitando parte do calor dos gases resultantes da combustão. Com a elevação da temperatura da água, há redução significativa de consumo de combustível produzindo a mesma quantidade de vapor.

Os gases da combustão são filtrados e por meio de exaustores são conduzidos para a chaminé.

A água é bombeada a alta pressão, para dentro da caldeira, no Tubulão de Vapor (indicada na Figura 3), um vaso de pressão cuja principal função é separar o vapor da água. Ligado a ele estão diversos tubos de circulção de água onde ocorre a troca térmica entre os gases da combustão e a água líquida, gerando o vapor.

O vapor saturado vai do Tubulão de Vapor e entra no Sobreaquecedor (indicada na Figura 3), onde ocorre o aumento da sua temperatura, tornando-o mais seco sem aumentar a pressão. Do Sobreaquecedor o vapor é distribuído para os demais setores da usina. [8] [9]

Figura 3 - Esquema de uma caldeira [4]

2.3 Projeto da instrumentação, controle e automação de uma caldeira

O projeto de uma caldeira envolve inicialmente a instrumentação do processo, permitindo a medição das diversas variáveis do sistema. Na caldeira é importante monitorar o nível de água, pressão, temperatura e vazão dos líquidos e gases associados ao processo, através de sensores capazes de captar a variação dessas grandezas físicas, produzir um sinal elétrico correspondente à variação e ainda transmitir este sinal para um sistema de controle automático. Assim, é fundamental para o projetista conhecer