Análise exergética de processos e da cogeração de bioenergia no setor sucroenergético - Vieira, Marcos Alexandre [UNESP] (2020)
As usinas brasileiras produzem açúcar, etanol e energia, sendo que a fonte de energia utilizada para gerar esses produtos é fornecida pela própria matéria-prima, o bagaço da cana. A etapa de cogeração na usina utiliza o bagaço como combustível para gerar o vapor, que é utilizado para produzir energia elétrica e fornecer energia térmica para o processo de produção de açúcar e etanol. Quanto maior for a eficiência térmica do processo, maior será o potencial de exportação de energia elétrica da usina. Neste estudo, realizou-se uma análise exergética do processo de transformação da cana-de-açúcar nos produtos finais, açúcar e etanol hidratado, com o objetivo de identificar uma metodologia para o cálculo da eficiência térmica do processo, podendo servir como base para qualificar o nível de eficiência térmica de usinas do setor sucroenergético. Para isso, foi elaborada a modelagem integrada de todas as etapas do processo de produção, desde a entrada da matéria-prima na usina até a produção de açúcar e etanol, calculando-se a energia térmica requerida para essa transformação. As simulações foram realizadas considerando-se a faixa de variação do mix produto (porcentagem de um produto produzido em relação ao total de matéria-prima utilizada) comumente praticada nas usinas brasileiras, isto é, 30 a 70% mix açúcar. Foram identificadas as principais correntes de calor residuais no processo de transformação e calculada a exergia disponibilizada pelo processo para cada condição de mix produto simulada. As simulações foram baseadas em equações de conservação de massa e energia aplicadas a todo o sistema, sendo resolvidas utilizando-se o software Simulador Pentagro. Os resultados obtidos permitiram verificar que: (i) o mix produto altera significativamente o consumo térmico requerido pelo processo e a exergia disponibilizada; (ii) para todos os cenários simulados, as principais fontes de exergia disponibilizadas pelo processo foram o condensado vegetal, seguido pelo vapor de etanol, vinhaça, caldo enviado para fermentação e vapor gerado no flasheamento do caldo; (iii) a exergia disponível nos condensados vegetais aumenta consideravelmente com a elevação do mix açúcar; (iv) a exergia disponibilizada pelo processo tem potencial para autossupri-lo em até 43% da carga térmica necessária para a transformação da matéria-prima em seus produtos finais açúcar e álcool; (v) o consumo térmico requerido pelo processo diminui consideravelmente com o reaproveitamento total da exergia disponibilizada, sendo que, se o vapor economizado for destinado à geração de energia no estágio de condensação dos geradores, pode-se aumentar a exportação de energia em até 23% quando comparado a processos sem reaproveitamento exergético.