LICENCIATURA EM ENGENHARIA TERMOTÉCNICA
CADEIRA DE ENGENHARIA AMBIENTE
40 NÍVEL VIII SEMESTRE
TEMA:
ESTUDO DOS IMPACTOS AMBIENTAIS EM CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS
DISCENTE:
Tinteiro De Jesus Choe
DOCENTE:
Enga.Isabel Zunguze
Songo, Março 2021
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Geração de Energia a Gás Natural: Funcionamento, Impactos e Alternativas, Esquemas de Engenharia Ambiental
Uma descrição detalhada sobre a geração de energia elétrica a gas natural, incluindo o funcionamento de uma turbina a gás ciclo simples, as vantagas e desvantagas do uso de gás natural em comparação a outros combustíveis, e os impactos ambientais associados. O texto também discute as alternativas tecnológicas para a geração elétrica mais limpa.
O que você vai aprender
- Qual é a composição química do gás natural?
- Quais são as alternativas tecnológicas para a geração elétrica mais limpa?
- Quais são os principais impactos ambientais associados à geração de energia elétrica a gas natural?
- Como funciona uma turbina a gás ciclo simples?
- Quais são as vantagas e desvantagas de usar gás natural em comparação a outros combustíveis?
Tipologia: Esquemas
2020
1 / 16
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LICENCIATURA EM ENGENHARIA TERMOTÉCNICA
CADEIRA DE ENGENHARIA AMBIENTE
40 NÍVEL VIII SEMESTRE
TEMA:
ESTUDO DOS IMPACTOS AMBIENTAIS EM CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS
DISCENTE:
Tinteiro De Jesus Choe
DOCENTE:
Enga.Isabel Zunguze
Songo, Março 2021
LICENCIATURA EM ENGENHARIA TERMOTÉCNICA
CADEIRA DE ENGENHARIA AMBIENTE
40 NÍVEL VIII SEMESTRE
TEMA:
ESTUDO DOS IMPACTOS AMBIENTAIS EM CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS
DISCENTE:
Tinteiro De Jesus Choe
DOCENTE:
Enga.Isabel Zunguze
Songo, Março 2021
- INTRODUÇÃO I. LISTAS DE FIGURAS iv
- 1.1. Objectivo Geral
- 1.2. Objectivos Específicos
- CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS
- 2.1. Centrais Termoeléctricas a gás natural
- 2.2. Centrais Termoeléctricas de ciclo simples
- 2.3. Centrais Termoeléctricas de Ciclo Combinado
- 2.4. Centrais Termoeléctricas a cogeração
- GÁS NATURAL
- 3.1. Metano.........................................................................................................................
- EMISSÕES ATMOSFÉRICAS EM CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS...............................
- 4.1. Monóxido de carbono (CO)
- 4.2. Óxidos de nitrogénio
- 4.2.1. NOX térmico
- 4.2.2. NOX rápido
- 4.2.3. Conversão química do nitrogénio presente no combustível
- 4.3. Hidrocarbonetos
- 4.4. Compostos de Enxofre
- 4.5. Material Particulado
- 4.6. Poluição térmica
- 4.7. Eutrofização
- CONCLUSÃO
- BIBLIOGRAFIA
- Figura 1.Fluxograma de uma turbina a gás ciclo simples I. LISTAS DE FIGURAS
- Figura 2. Funcionamento de Central Termoeléctrica de Ciclo Combinado
- Figura 3. Configuração topping
- Figura 4. Configuração Bottoming
1. INTRODUÇÃO
Ao longo da evolução da humanidade, o homem tem buscado melhores padrões de vida e maior conforto em suas actividades através do desenvolvimento de novas tecnologias. Tal progresso pode ser mais bem observado já na Revolução Industrial, enquanto o carvão ainda era o principal combustível para o funcionamento de máquinas a vapor e para transporte nos séculos XVIII e XIX. Actualmente, os principais combustíveis para a geração termoeléctrica são o gás natural e bagaço de cana-de- açúcar, pois são recursos mais baratos e limpos em relações aos demais derivados de petróleo. A geração de energia através de centrais termoeléctricas proporcionam o aproveitamento dos recursos hídricos para outras actividades, como irrigação e abastecimento público, considerando a economia de água nos reservatórios destinados à geração hidroeléctrica de energia.
1.1. Objectivo Geral
Falar do estudo do Impacto Ambiental em Centrais Termoeléctricas.
1.2. Objectivos Específicos
Descrever as centrais termoeléctrica; Indicar os principais poluentes atmosféricos; Falar dos tipos de centrais existentes.
combinação do nitrogénio com o oxigénio. O 𝑁𝑂 2 é um dos principais componentes do smog, com efeitos negativos sobre a vegetação e a saúde humana, principalmente quando combinado com outros gases, como o dióxido de enxofre (𝑆𝑂 2 ). O 𝑁 2 𝑂 é um dos gases causadores do chamado efeito estufa e causa a redução da camada de ozónio (SILVA, 2010). Outros poluentes gerados são o monóxido de carbono (𝐶𝑂), hidrocarbonetos (𝐻𝐶𝑠) e o dióxido de carbono (𝐶𝑂 2 ). A presença destes gases na atmosfera contribui para a formação de oxidantes fotoquímicos, da chuva acida, e na intensificação das mudanças climáticas globais, dado que o 𝐶𝑂 2 e os 𝐻𝐶𝑠 estão entre os principais gases que causam o efeito estufa.
2.2. Centrais Termoeléctricas de ciclo simples
No ciclo Brayton, a transformação energética ocorre a partir da expansão de gases de combustão em uma turbina a gás que está ligada ao eixo de um gerador eléctrico. O ar atmosférico é comprimido continuamente por um compressor e é direccionado a uma câmara de combustão, onde é misturado a um combustível.
Durante a queima são gerados gases de exaustão que são utilizados para movimentar a turbina e, consequentemente, o gerador eléctrico. Após, os gases são descarregados na atmosfera, finalizando o ciclo aberto.
Figura 1.Fluxograma de uma turbina a gás ciclo simples
Fonte: GasNet, 2014
Segundo Tolmasquim (2005), as centrais térmicas que utilizam esta tecnologia apresentam vantagens como o baixo custo de investimento, o curto prazo de entrega dos equipamentos, o curto período de construção, a segurança na operação e a flexibilidade operacional. Já a desvantagem das termelétricas de ciclo aberto é a sua baixa eficiência em relação a outras tecnologias, como as de ciclo combinado e seu maior consumo de água por 𝑀𝑊ℎ produzido.
2.3. Centrais Termoeléctricas de Ciclo Combinado
As centrais termoeléctricas que utilizam gás natural viabilizam o uso do ciclo combinado para geração de energia. Essas plantas operam com a integração em serie do ciclo de Brayton da turbina a gás e do ciclo de Rankine de turbina a vapor. Neste sistema, o calor necessário para a geração de vapor que passará pela turbina a vapor é fornecido pelos gases quentes da exaustão descarregadores da turbina a gás que aquecerão a água na caldeira (JÚNIOR, 2008).
O fluxo de gases de combustão descarregada pela turbina a gás passa por um regenerador de calor e este produz o vapor necessário para movimentar a turbina a vapor (LOURENÇO, 2003). O vapor resultante da turbina é condensado e reconduzido à caldeira de recuperação, concluindo assim, o ciclo de Rankine (TOLMASQUIM, 2005). Os ciclos combinados apresentam um rendimento termodinâmico elevado em relação aos ciclos simples e também possuem um despenho ambiental melhor pela menor emissão de compostos poluentes (LEÃO, 2009).
Figura 2. Funcionamento de Central Termoeléctrica de Ciclo Combinado
Fonte: SILVA, 2010
Figura 4. Configuração Bottoming
Fonte: GasNet, 2014
3. GÁS NATURAL
O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves com até quatro átomos na molécula e que à temperatura ambiente e à pressão atmosférica, permanece no estado gasoso (SALOMON, 2003). A composição química do gás natural com predominância do metano e com reduzidos teores de gases inertes ( 𝐶𝑂 2 e nitrogénio 𝑁 2 ) e de hidrocarbonetos pesados.
Na natureza, o gás natural é encontrado acumulado em rochas porosas no subsolo, geralmente acompanhado por petróleo, constituindo um reservatório. Quando está dissolvido no óleo ou sob a forma de uma camada de gás no reservatório é chamado de associado, enquanto o gás não associado é aquele que está livre ou em presença de quantidades muito pequenas de óleo (SALOMON, 2003).
Quando comparado ao óleo combustível e ao diesel, o gás natural promove melhorias no meio ambiente em relação a emissão de poluentes, pois libera uma menor concentração dos mesmos na sua combustão. A presença destes gases na atmosfera contribui para a intensificação das mudanças climáticas globais devido ao 𝐶𝑂 2 e aos
hidrocarbonetos que estão entre os principais gases que causam o efeito estufa, formação de oxidantes fotoquímicos e chuva ácida (LOURENÇO, 2003).
3.1. Metano
O metano é o principal constituinte do gás natural, sendo a primeira substância da série dos alcanos. Possuindo apenas um átomo de carbono, é o hidrocarboneto mais simples que existe e por isto é uma importante matéria-prima na produção de outros compostos orgânicos (JUNIOR, 2008). É um dos gases causadores do efeito estufa com um efeito 21 vezes mais nocivo ao ambiente que o dióxido de carbono (LEÃO, 2009). Da sua combustão com o gás oxigénio (𝑂 2 )^ temos a seguinte produto:
𝐶𝐻4(𝑔) + 2𝑂2(𝑔) → 𝐶𝑂2(𝑔) + 2𝐻 2 𝑂(𝑔)
Este motivo faz do gás natural o mais limpo combustível em termos de emissão de monóxido de carbono (LOURENÇO, 2003). Na natureza, é formado pela decomposição de compostos orgânicos na ausência de oxigénio. Outras fontes originam-se da queima de biomassa vegetal, vazamentos de ductos de gás natural, plantio de arroz em áreas alagadas, mineração de certo tipo de carvão mineral e lagos e reservatórios de hidroeléctricas (JUNIOR, 2008).
4. EMISSÕES ATMOSFÉRICAS EM CENTRAIS
TERMOELÉCTRICAS
4.1. Monóxido de carbono (𝑪𝑶)
O monóxido de carbono (𝐶𝑂) é um gás incolor, inodoro e venenoso gerado pela combustão incompleta de combustíveis contendo carbono (HINRICHS; KLEINBACH; REIS, 2010). O maior perigo do (𝐶𝑂) vem da sua característica em se ligar à hemoglobina no sangue quando inalado, impossibilitando o transporte de oxigénio para as células do corpo (BAIRD; CANN, 2011). Ele é considerado um dos principais gases de efeito de estufa, isto é podem causar o aumento da incidência de dores e mal-estar, causando tonturas, redução dos reflexos e dores de cabeça. Caso a fonte emissora situe-se em locais fechados, pode levar a morte por asfixia (PERES, 2000).
combustíveis os hidrocarbonetos são liberados, em grandes quantidades podem causar anemia, leucopenia e até câncer.
4.4. Compostos de Enxofre
O enxofre se encontra na atmosfera sob diversas formas, entre elas 𝑆𝑂 2 (dióxido de enxofre) e 𝑆𝑂 4 (sulfatos), e nos combustíveis fósseis. Os óxidos de enxofre (𝑆𝑂𝑥) são formados pela oxidação do enxofre no processo de combustão de combustíveis, como por exemplo, o óleo diesel, o óleo combustível e o carvão mineral (PERES, 2000).
Em contacto com a água na atmosfera, desencadeiam a formação de ácido sulfúrico, que em contacto com as gotas de chuva produzem as "chuvas ácidas", as quais diminuem o 𝑝𝐻 e aumentam a acidez do solo e dos rios. O dióxido e trióxido de enxofre causam danos como perda de clorofila (clorose), colapso do tecido ou de células em folhas e plantas.
4.5. Material Particulado
O material particulado (MP) é qualquer substância, excepto água pura, na forma líquida ou sólida na atmosfera, que possui dimensões microscópicas maiores que as dimensões moleculares. Constituído por partículas de diversos poluentes, causa problemas no sistema respiratório, se muito grandes as partículas caem no solo pela força da gravidade, se pequenas flutuam no ar e podem ser inaladas por seres vivos. Somente as partículas muito pequenas penetram no organismo humano pelo pulmão e depositam-se nos alvéolos (JUNIOR, 2008).
4.6. Poluição térmica
Poluição térmica é definida como a adição de calor indesejado ao ambiente, em particular às águas naturais. Também é frequentemente o resultado da operação de centrais geradoras de energia eléctrica, as quais retiram a água de um rio ou lago para refrigeração, devolvendo continuamente água aquecida à sua origem (FIORUCCI; FILHO, 2005).
Hinrichs, Klaeinbach e Reis dizem que os efeitos resultantes do aumento da temperatura no ambiente aquático são diversos, entre eles:
Diminuição da capacidade da água em reter oxigénio; Aumento da taxa de ocorrência de reacções químicas; Alterações nos padrões reprodutivos, comportamentais e de crescimento ao longo de toda a cadeia alimentar; Alteração da flora e da fauna e declínio drástico da população de peixes; Ocorrência de danos a longo prazo aos corpos d’água naturais, incluindo a eutrofização.
4.7. Eutrofização
É o nome dado ao processo de enriquecimento de nutrientes a um corpo d’água pela adição de nutrientes extras, estimulando o crescimento de algas. Este processo pode ser oriundo do envelhecimento natural dos lagos, mas pode ser acelerado por poluentes provindos de esgotos, fertilizantes e resíduos em efluentes descarregados por centrais termoeléctricas, caso não tratado.
6. BIBLIOGRAFIA
LEÃO, R. P. S., Tecnologias de Geração de Energia Eléctrica: Geração Termoeléctrica. 2009. Pastora Saraiva. Disponível em:<http://www.dee.ufc.br/~rleao/GTD/IIGeracao%20II%20%20Geracao%20Ter moeletrica.pdf >. Acesso em: 20 out. 2011. SALOMON, K. R., Avaliação quantitativa do impacto ambiental das emissões gasosas e do uso da água de resfriamento em instalações de geração eléctrica.
- 195 f. Dissertação de mestrado em Engenharia de Energia – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2003. TOLMASQUIM, M. T., Geração de Energia Eléctrica no Brasil, Rio de Janeiro, Intercidência: CENERGIA, 2005. NETO, V. C., Análise de Viabilidade da Cogeração de Energia Eléctrica em Ciclo Combinado com Gaseificação de Biomassa de Cana-de-açúcar e Gás Natural. Tese de Mestrado. COPPE/UFRJ, 2001. HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M.; REIS, L. B., Energia e meio ambiente. 4 ed. São Paulo: Cengage Learning, 2010. 708 p. BAIRD, C.; CANN, M., Química Ambiental. 4 ed. Porto Alegre: Bookman, 2011. 844 p.