Simulação e análise econômica de um ciclo de produção de potência a partir de uma fonte de calor de baixa temperatura presente em usina sucroalcooleira

Abstract

As usinas sucroalcooleiras são capazes de produzir energia elétrica por meio de sistemas de cogeração pela queima do bagaço de cana-de-açúcar, garantindo a sua autossuficiência e uma nova fonte de renda com a venda do excedente energético. Os gases gerados durante esse processo são descartados para a atmosfera, apesar de ainda possuírem uma energia residual. Dessa forma, este trabalho de conclusão de curso buscou desenvolver um sistema em que esses gases poderiam ser reaproveitados parcialmente como fonte de aquecimento em um ciclo de produção de potência utilizando o dióxido de carbono (CO2) como fluido de trabalho. O CO2 foi escolhido por conta de suas características termodinâmicas e por apresentar baixo impacto ambiental quando comparado aos hidrocarbonetos comumente utilizados nos Ciclos de Rankine Orgânicos. Diferentes configurações dos ciclos foram simuladas com sucesso no software DWSIM e analisadas de acordo com o seu desempenho termodinâmico, sendo que a maior eficiência encontrada foi de aproximadamente 14% nos sistemas transcríticos. O custo de implementação e a viabilidade econômica dos ciclos também foram avaliados e os resultados obtidos foram negativos, não justificando o investimento nesse sistema. O projeto só seria viável caso o preço de venda da energia elétrica pelas usinas fosse 119% maior, mas outras alternativas para o reaproveitamento parcial dos gases emitidos durante o sistema de cogeração foram propostas como ideia para trabalhos futuros.

Sugar and alcohol plants are capable of producing electricity through cogeneration systems by burning sugarcane bagasse, ensuring their self-sufficiency and a new source of income from the sale of surplus energy. The gases generated during this process are released into the atmosphere, although they still possess residual energy. Therefore, this undergraduate thesis aimed to develop a system in which these gases could be partially reused as a heating source in a power generation cycle using carbon dioxide (CO2) as the working fluid. CO2 was chosen due to its thermodynamic characteristics and low environmental impact when compared to hydrocarbons commonly used in Organic Rankine Cycles. Different cycle configurations were successfully simulated using the software DWSIM and analyzed according to their thermodynamic performance, with the highest efficiency found being approximately 14% in transcritical systems. The implementation cost and economic viability of the cycles were also evaluated and the results obtained were negative, not justifying the investment in this system. The project would only be viable if the selling price of electricity by the plants was 119% higher, but other alternatives for the partial reuse of gases emitted during the cogeneration system were proposed as ideas for future works.