Co-firing
Uma usina termelétrica utiliza carvão mineral como combustível principal. Para reduzir emissões, decide substituir parte da energia térmica por biomassa em regime de co-firing. A caldeira precisa receber
de energia térmica. Dados: Poder calorífico do carvão:
; Poder calorífico da biomassa:
; Participação energética da biomassa no co-firing: 20%; Fator de emissão do carvão:
; considere a biomassa como carbono neutro. Determine:
a. Qual é a energia fornecida pela biomassa e pelo carvão?
b. Calcule a massa de biomassa e de carvão necessária por hora.
c. Determine a emissão de
do sistema com co-firing e compare com a emissão caso a usina utilizasse apenas carvão.
Uma usina termelétrica utiliza carvão mineral como combustível principal. Para reduzir emissões, decide substituir parte da energia térmica por biomassa em regime de co-firing. A caldeira precisa receber
a. Qual é a energia fornecida pela biomassa e pelo carvão?
b. Calcule a massa de biomassa e de carvão necessária por hora.
c. Determine a emissão de
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede (sem resolver ainda). Dados numéricos fornecidos:
- Energia térmica total que a caldeira precisa receber:
. - Poder calorífico do carvão:
. - Poder calorífico da biomassa:
. - Participação energética da biomassa no co-firing:
. - Fator de emissão do carvão:
. - Considerar biomassa como carbono neutro (ou seja, sua queima não adiciona
líquido).
O que o enunciado pede:
a. Calcular a energia (em ) fornecida pela biomassa e pelo carvão.
b. Calcular a massa (em ) de biomassa e de carvão necessária por hora.
c. Calcular a emissão de do sistema com co-firing e comparar com a emissão caso a usina usasse apenas carvão (dar valores numéricos e redução).
a. Calcular a energia (em
b. Calcular a massa (em
c. Calcular a emissão de
Passo 2
Calcular quanto de energia vem de cada combustível (explicando a ideia): a participação energética da biomassa significa que
da energia térmica total vem da biomassa e o restante vem do carvão. A fórmula é simples: energia do componente = fração × energia total.
Cálculos:
Breve explicação didática: aqui usamos multiplicação de uma fração pela energia total; unidades ficam em
.
Passo 3
Agora calculamos as massas necessárias por hora. Conceito usado: o poder calorífico (PCI) dá a energia liberada por unidade de massa do combustível; logo a massa necessária é energia requerida dividida pelo PCI:
Fórmula geral:
onde
é a vazão de massa (
),
é a energia requerida (
) e
está em
. Note que as unidades se cancelam:
.
Cálculo para a biomassa:
Cálculo para o carvão:
Comentário amigo: anota a forma exata
e a aproximação
— em prova, escrever a fração exata e uma aproximação é uma boa prática.
Passo 4
Calcular emissões de
. Conceito: o fator de emissão
dá quantos
são emitidos por cada
de energia térmica liberada pelo carvão. Devemos converter a energia usada do carvão de
para
porque o fator está em
.
Conversão:
Energia do carvão em
:
Emissão com co-firing (biomassa neutra, só o carvão emite):
Emissão caso usasse apenas carvão (toda a energia 1000
vindo do carvão):
Passo 5
Comparação e interpretação (fácil observação útil para prova): redução absoluta e percentual.
Redução absoluta:
Redução percentual relativa à situação só carvão:
Comentário didático: faz sentido a redução percentual ser igual à participação energética da biomassa (20%), porque a biomassa foi tratada como carbono neutro — cada 1% de energia substituída por biomassa reduz diretamente 1% das emissões do carvão.
Passo 6
Resumo final e dica de prova: anote sempre unidades (MJ/h, MJ/kg, kg/h, GJ) e faça a conversão
quando usar fatores por GJ. Se o fator de emissão viesse em
teríamos que usar as massas calculadas; aqui o fator é por energia, então usamos a energia do carvão.
Força aí — você já tem a resolução completa passo a passo e pode reproduzir esses cálculos rápido na prova.
Resposta
a. Energia da biomassa:
. Energia do carvão:
.
b. Massa de biomassa: . Massa de carvão:
.
c. Emissão com co-firing: . Emissão só carvão:
. Redução absoluta:
. Redução percentual:
.
b. Massa de biomassa:
c. Emissão com co-firing: