Análise exergética de uma microturbina operando com biogás.

Abstract

O presente estudo trata de uma microturbina operando com biogás oriundo de um aterro sanitário. O ciclo termodinâmico de operação da microturbina, o Ciclo Brayton, foi discutido, descrevendo seu modo de funcionamento, seus dispositivos e componentes. As principais diferenças entre a microturbina e uma turbina de médio ou grande porte foram descritas, apontando o regenerador como um importante elemento em seu conjunto. O objetivo desse estudo é identificar e quantificar as perdas exergéticas presentes nas microturbinas e, para isso, faz-se necessário um estudo sobre a exergia, apresentando suas definições e realizando uma análise exergética do ciclo e de seus componentes. A pesquisa tem caráter exploratório com uma abordagem quantitativa dos principais parâmetros que influenciam no ciclo termodinâmico. A metodologia utilizada consiste em realizar uma modelagem termodinâmica do ciclo, apresentando os equacionamentos da taxa de destruição de exergia em cada componente e em todo o ciclo. São simuladas diferentes situações executando a variação de parâmetros como as eficiências do regenerador, compressor e turbina, temperatura de entrada na turbina e razão de pressão, utilizando o software MATLAB e apresentando os resultados por meio de tabelas e gráficos, por meio do EXCEL. Os resultados obtidos indicam onde ocorrem as principais perdas, fornecendo uma quantificação das destruições de exergia em cada componente da microturbina. Assim, foi possível perceber que a câmara de combustão é responsável pela maior parcela de perdas exergéticas que acontecem no ciclo. Os gases de exaustão apresentam alta disponibilidade exergética e por isso devem ser aproveitados em um sistema de cogeração, por exemplo. O regenerador é de grande importância para que se alcance maiores eficiências energéticas, elevando a temperatura de entrada na câmara de combustão ao aproveitar a energia térmica dos gases de escape da turbina. Maiores temperaturas de entrada na turbina, associadas às maiores eficiências do regenerador, compressor e turbina propiciaram uma redução nas exergias destruídas, obtendo maiores eficiências exergéticas para a microturbina.