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TM-024 - Geração de Energia. Objetivos da disciplina Aprofundar os conhecimentos dos alunos na área de geração/transformação e uso de energia nas diversas formas, renováveis e não renováveis.
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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.
Bibliografia: 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.
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 Conteúdo
Energia química = Reação química “produz” energia térmica Energia térmica = Máquina térmica realiza trabalho mecânico Energia elétrica = trabalho mecânico “produz” energia elétrica EA EB Máquina Reserv. Energia B Reserv. Energia A 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)
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. 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.
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
1) Energia química dos combustíveis fósseis: 2) Energia elétrica produzida nas hidrelétricas: Material orgânico, vegetal e animal, decomposto em rochas sedimentares que se transformaram em hidrocarbonetos devido a ação de pressão e temperatura no subsolo. Ciclo hidrológico movido pela energia solar. Matéria associada: Água Exemplos: Fonte de energia: Solar (nuclear) e geotérmica Matéria associada: Carbono, Hidrogênio, Oxigênio, Nitrogênio e outros
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)
1.3 - Potência e eficiência EP EA EB Máquina Reserv. Energia B Reserv. Energia A Potência é energia transferida por unidade de tempo P = E / t = E/t W = J / s (Watt = Joule / segundo)
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% . EP EA EB Gerador Elétrico de 10 MW Turbina hidráulica Energia entregue pelo gerador em uma hora: Es = Ps.t = 10.000.000 x 3.600 (W.s = 3,6 x 1010 J) Es = Ps.t = 10.1 = 10 MWh Energia recebida pelo gerador em uma hora: Ee = Pe.t = 3,6 x 1010 J / 0,96 = 3,75 x 1010 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
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
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 Tomada de decisão
Identificação de alternativas viáveis 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) Escolha de um critério de julgamento Por exemplo: Custo benefício Por exemplo: TIR Construção de inter-relações entre objetivo, alternativas, dados e critérios Modelo matemático Predição dos resultados para cada alternativa Estudo de cenários com o modelo Escolha da melhor alternativa
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 - Juros e Equivalência 2.1.1
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
(P/A,i,n) = (P/300,6%,5) = (P/A,i,n) = 300 x 0,3382 / 0,08029 = 1.263,71 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. ?
2.1.5 F = 1.000,00 x (e0,075 x 4) = 1.000,00 x 1,3498 = 1.349,86 F = 1.000,00 x (1,075)4 = 1.335,47
2.2 - Métodos de avaliação Eficiência econômica: Situação Critério Custos ou orçamentos fixos Maximizar os benefícios Benefícios fixos Minimizar os custos Nem custos nem benefícios fixos Maximizar (benefícios/custos)
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.
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.
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: Juroscar = SLDant . [ (fat1+1)nd - 1] onde : SLDant = Saldo devedor anterior (no início do bimestre anterior) fat1 = fator 1 = [(1+0,06)(1 / 360) -1] = 0,0001618 = 0,0161% a.d. nd = número de dias (pagamentos bimestrais - depende do mês)
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.
2.3.2 – Saldo devedor O saldo devedor é reajustado conforme a seguinte fórmula, considerando uma TJLP de 6,5% : SLD = SLDant . [ (fat2+1)nd - 1] + P.Fin. onde : SLD = Saldo devedor no início do bimestre P.Fin. = Parcela do financiamento recebida no início do bimestre SLDant = Saldo devedor anterior (no início do bimestre anterior) fat2 = fator 2 = [(1+fat3)(1 / 360) -1] = 0,0000659 = 0,0065% fat3 = fator 3 = (1,065/1,04) -1 = 0,024038 = 2,40 %
