Modelagem termodinâmica e otimização numérica de um sistema de cogeração de uma usina sucroalcooleira - De Paula, Isabele Oliveira (2020)
A biomassa, fonte de energia renovável, tem forte potencial de utilização no mundo para substituição de fontes fósseis. Como destaque, temos a cana de açúcar, biomassa mais utilizada no Brasil, devido ao fato de ser matéria-prima da fabricação de açúcar e álcool nas usinas sucroalcooleiras. Um dos resíduos dessa produção, o bagaço de cana, é comumente utilizado no processo de cogeração de energia (produção de vapor e energia elétrica) nas próprias usinas. Nesse processo, é interessante que se tenha sempre o melhor rendimento possível a fim de promover o máximo aproveitamento dos resíduos e maior retorno financeiro para a usina. Uma forma de garantir o máximo rendimento possível é a otimização, que consiste no emprego de técnicas computacionais que buscam maximizar ou minimizar uma função objetivo. Esse trabalho propõe uma análise termodinâmica e a otimização numérica de uma planta de produção de vapor e eletricidade baseada em uma usina sucroalcooleira do noroeste paulista. Todas as análises foram realizadas a partir do software IPSEpro®. Foram analisados cinco casos, nos quais foram avaliados a variação do mix de produção, a diminuição do calor de processo, a variação do teor de umidade do bagaço e a quantidade de calor requerida pelo processo. O método de otimização utilizado foi o dos algoritmos genéticos. A função objetivo foi a maximização da geração de energia das turbinas e as variáveis de decisão foram as frações de fluxo, fluxo de massa, temperaturas e pressões de saída das turbinas. Os resultados mostraram que a primeira configuração da planta não apresentava um bom aproveitamento da energia disponível, sendo feita, portanto uma substituição da caldeira por uma nova de maior capacidade. Depois disso, as otimizações foram realizadas nessa nova planta. A otimização mostrou bons resultados na melhora da geração de energia em todos os casos em que foi possível realizar modificações nas configurações da planta. Os resultados mais expressivos foram obtidos quando havia menor demanda de vapor para processo e quando essa demanda é suprida pela segunda turbina.