Reuso da água, recuperação de calor residual e cogeração com termogeradores em destiladores Pilsen.
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Data
2024
Autores
Ferreira, Wagner
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Resumo
O homem, ao longo de sua história, sempre demandou uma elevada necessidade por fontes
energéticas, o que o levou a uma era onde há a intensa exploração de recursos naturais, hídricos e o
uso de combustíveis fósseis em larga escala. Atualmente com aproximadamente 80 % da demanda
energética mundial sendo suprida por esses combustíveis, surgiu um intenso debate sobre a
utilização dos mesmos e as restrições de sustentabilidade dos atuais padrões de uso destes a longo
prazo. Esses questionamentos têm levado a busca por novas alternativas energéticas, mais eficientes
e sustentáveis. Uma das alternativas que tem sido amplamente explorada é a recuperação de calor
residual. Com uma estimativa de que se desperdiça entre 20% e 50% de energia térmica na
indústria, desenvolveram-se métodos para recuperar e reutilizar a mesma. Um desses métodos é a
cogeração de eletricidade com o uso de termogeradores (TEG), que quando são alimentados com
calor utilizam o efeito Seebeck para gerar eletricidade. Os pontos mais relevantes no uso desse
método é a geração de eletricidade sem a presença de peças mecânicas móveis, não produzirem
subprodutos nocivos ao meio ambiente durante seu funcionamento, terem vida útil longa e
funcionarem em uma faixa de temperatura ampla. O objetivo desse trabalho é o desenvolvimento e
estudo de um sistema para reuso da água, recuperação da energia térmica residual e cogeração de
eletricidade com TEG em destiladores de água tipo Pilsen. Foi construído um sistema para
recircular a água no destilador Pilsen e recuperar a energia térmica residual presente na mesma.
Determinou-se o ponto de vazão ideal do destilador, a qualidade da água que entra e circula no
sistema e implementou-se os tratamentos necessários para que esta atenda aos requisitos
estabelecidos pela portaria nº 888/21 do Ministério da Saúde (MS), que trata dos padrões de
potabilidade da água. Foi analisado o potencial de cogeração de energia elétrica a partir da energia
térmica residual presente no efluente, além de determinar as características do dispositivo de troca
de calor entre a água e o módulo termoelétrico. Foram avaliadas as características do módulo
termoelétrico, o comportamento do sistema bem como sua eficiência na recuperação e geração de
energia elétrica. Também realizou-se um estudo dos aspectos de viabilidade econômica da
aplicação do sistema. Os resultados demonstraram que a energia térmica residual recuperada ficou
em uma taxa próxima ao da literatura consultada, ou seja, obteve-se uma taxa de recuperação de
energia térmica residual de 60%. Quanto ao reuso dos recursos hídricos do sistema, verificou-se que
é possível reutilizar 100% dos mesmos. Já o rendimento das pastilhas Seebeck ficaram em 6,5%,
muito abaixo da faixa de rendimento de 11% a 14%, como esperada. Porém, mesmo com o baixo
rendimento na conversão de energia térmica em energia elétrica, o estudo de viabilidade econômica
demonstrou que a implantação do sistema proposto de reuso de água e cogeração de eletricidade é
viável. Portanto, o sistema desenvolvido pode ser replicado, possibilitando que usuários do sistema
de destilação de água tipo Pilsen economizem recursos hídricos e cogerem eletricidade com a
energia térmica residual presente no efluente.
Descrição
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Mestra em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
Reuso de água, Calor residual, Recuperação de energia, Termogerador elétrico, Eficiência energética, Sustentabilidade