(Valor: até 30,0 pontos) Uma central termelétrica operando com gás natural em ciclo combinado, turbina gás e ciclo Rankine, possui as seguintes caracteristicas:
- Potência da central operando em ciclo combinado: 560 MW
- Eficiência da central operando em ciclo combinado:
- Temperatura do ar na entrada da câmara de combustăo: 720 K
- Composição do gás natural (Tabela 1):
Table 1: Tabela 1: Composição do gás natural.\captionsetup{labelformat=empty}
Elemento
Metano
86,2
7.994
Etano
9,4
14.225
Propano
3,0
20.363
Butano
1,4
26.386
Determinar:
a) (Valor: até 5,0 pontos) O PCI do gás natural
;
b) (Valor: até 5,0 pontos) A taxa de energia
liberada na queima do gás natural
;
c) (Valor: até 5,0 pontos) A vazão volumétrica de gás natural
;
d) (Valor: até 5,0 pontos) O consumo de gás natural em [MMBtu/h];
e) (Valor: até 10,0 pontos) O custo do gás natural em [US$/MWh] considerando o preço do gás igual a 11,66 USS/MMBtu;
Dados:
Table 1: Tabela 1: Composição do gás natural.
\captionsetup{labelformat=empty}
| Elemento |
|
|
| Metano
|
86,2 | 7.994 |
| Etano
|
9,4 | 14.225 |
| Propano
|
3,0 | 20.363 |
| Butano
|
1,4 | 26.386 |
a) (Valor: até 5,0 pontos) O PCI do gás natural
b) (Valor: até 5,0 pontos) A taxa de energia
c) (Valor: até 5,0 pontos) A vazão volumétrica de gás natural
d) (Valor: até 5,0 pontos) O consumo de gás natural em [MMBtu/h];
e) (Valor: até 10,0 pontos) O custo do gás natural em [US$/MWh] considerando o preço do gás igual a 11,66 USS/MMBtu;
Passo 1
O enunciado pede cinco coisas (a até e). Listei os dados fornecidos e o que se deve encontrar:
Dados fornecidos:
- Potência elétrica da central:
. - Eficiência global do ciclo combinado:
. - Temperatura do ar de entrada:
(não será necessária nos cálculos pedidos). - Composição do gás natural (percentual em volume) e o PCI de cada componente em
(retirei os valores da tabela do enunciado): - Metano
: , . - Etano
: , . - Propano (valor dado):
, . - Butano
: , .
- Metano
- Preço do gás:
. - Conversão dada:
.
O que o enunciado pede:
(a) Calcular o PCI do gás natural mistura em .
(b) Calcular a taxa de energia liberada na queima do gás ( ) em
.
(c) Calcular a vazão volumétrica do gás natural em .
(d) Calcular o consumo de gás natural em .
(e) Calcular o custo do gás em considerando o preço informado.
(a) Calcular o PCI do gás natural mistura em
(b) Calcular a taxa de energia liberada na queima do gás (
(c) Calcular a vazão volumétrica do gás natural em
(d) Calcular o consumo de gás natural em
(e) Calcular o custo do gás em
Passo 2
(a) Calcular o PCI da mistura: princípio e procedimento (aula rápida)
- O PCI fornecido para cada componente está em
. Para uma mistura gasosa, o PCI por volume da mistura é a média ponderada pelos percentuais volumétricos (porque os valores estão por metro cúbico). - Fórmula da média ponderada:
onde
é a fração volumétrica (por exemplo,
) e
é o PCI do componente
.
- Vou calcular cada contribuição (usando as frações
obtidas de ):
Contribuições em
:
Somando:
- Agora converto para
. Fator de conversão: .
(Arredondarei depois; guarde este valor para os próximos passos.)]
Passo 3
(b) Calcular a taxa de energia liberada na queima
(aula + aplicação)
- Conceito: a eficiência
relaciona a potência elétrica gerada com a potência térmica fornecida pelo combustível :
- Definições:
em ou . Usarei para ter em . - Converto
: . - Calculo:
Observação didática:
em
equivale a
. Esse é o fluxo de energia térmica que deve ser entregue pela queima do gás para gerar
elétricos com
.
Passo 4
(c) Calcular a vazão volumétrica
em
(aula + aplicação)
- Relação usada: a potência térmica fornecida pelo combustível (
, em ) é igual à vazão volumétrica multiplicada pelo poder calorífico inferior por volume (em ):
- Substituo os valores (usando
e ):
- Interpretação prática: a central precisa de cerca de
de gás natural para manter com essa eficiência.
Passo 5
(d) Calcular o consumo em
(aula + aplicação)
- Procedimento: converto a potência térmica
(em ) para energia por hora ( ), depois divido pelo conteúdo energético de (em ) para obter . - Cálculos:
(Mais legível:
.)
- Divido por
:
- Portanto o consumo é aproximadamente
.
Passo 6
(e) Calcular o custo do gás em
(aula + aplicação)
- Passos: (1) custo horário = consumo (
) preço ( ); (2) dividir o custo horário pela energia elétrica gerada por hora ( ) para obter . - Cálculo do custo horário:
- Dividindo pela produção elétrica por hora (
):
- Interpretação: com o preço do gás de
, o combustível custa cerca de por MWh gerado (apenas custo do combustível, não inclui O&M, capital, impostos etc.).
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(b)
(c)
(d)
(e)