Modelagem termodinâmica de um sistema de refrigeração por absorção para condensar o vapor d'água perdido em usinas siderúrgicas e termoelétricas

Abstract

As coquerias atuantes no Brasil representam um consumo total de 3,8 bilhões de litros de água e cerca de 122,3 litros de água/tonelada de aço bruto produzido são eliminadas para a atmosfera em forma de vapor. Enquanto que, a termoelétrica, que também é responsável pelo alto consumo do recurso hídrico, apresenta o consumo de até 250 m3/MWh e dependendo do tipo de sistema adotado pela usina, o desperdício de água pode alcançar até 50 m3/MWh. Devido à necessidade de aumentar a taxa de reaproveitamento de água desperdiçada e diminuir a exploração desse tipo de recurso, novas políticas estão sendo implementadas para controlar o consumo. Junto a isso, equipamentos com maiores eficiências estão sendo desenvolvidos para serem aplicados em seus processos produtivos. Esta dissertação tem como objetivo modelar e simular termodinamicamente um sistema de refrigeração por absorção para condensar o vapor d’água exaurido nos processos industriais, principalmenteem siderúrgicasetermoelétricas.Primeiramentefoi necessáriodefiniralguns parâmetros, como as condições operacionais de cada etapa de produção destes setores. A obtenção destas informações possibilitou alimentar o software Engineering Equation Solver (EES), que possui ampla biblioteca de propriedades e funções termodinâmicas, e resolver uma série de sistemas de equações que visa analisar o ciclo de refrigeração e ainda dimensionar os trocadores de calor. As simulações feitas no EES foram divididas em duas etapas: a primeira delimitava as melhores condições de operação do ciclo, como as temperaturas, pressões, entalpias, troca de calor, concentrações, trabalho e rendimento. A segunda parte do algoritmo foi responsável por dimensionar os trocadores de calor que atendessem à demanda de calor necessária na primeira etapa, onde a condensação do vapor ficasse superior a 50% do total desperdiçado. Após diversas interações entre a primeira e a segunda etapas, foram confirmados os fenômenos inerentes ao ciclo de absorção e seus benefícios, o comportamento dos componentes envolvidos, as dimensões físicas e as características construtivas dos trocadores de calor. Por fim, chegou-se à conclusão de que o sistema desenvolvido apresenta um rendimento de, aproximadamente 0,127, gerando uma taxa de 56,28% de líquido condensado. Palavras-chaves: Reaproveitamento de água; Energias Renováveis; Condensadores; Recurso Hídrico