Eficiência Energética em Sistemas Térmicos Industriais

Nesta disciplina, serão apresentados os conceitos básicos para levantamentos e análise de dados necessários para a composição de um projeto de Eficiência Energética na indústria, comércio e transporte. Serão abordados os usos finais tais como Iluminação, arquitetura bioclimática e conforto térmico, tecnologias eficientes de geração e recuperação de calor, motores elétricos de alto desempenho, ou seja, eficiência energética e meio ambiente. Abordar a importância do gerenciamento de energia por meio de sistema de registro e análise contínua de dados, identificando os locais de maior consumo de energia, identificar os potenciais de economia e ações para se eliminar os desperdícios, acompanhar contratos de fornecimento de energia e outros.

Conceitos preliminares; e Propriedades termodinâmicas. Primeira lei da termodinâmica; e Segunda lei da termodinâmica; e Exergia. Ciclos Termodinâmicos: Máquinas térmicas; Ciclo de geração de potência a vapor (Ciclo de Carnot, Ciclo Rankine); Cogeração; Ciclo de geração de potência a gás (Ciclo Brayton; Ciclo combinado: Brayton + Rankine; Turbinas a gás; Ciclo Otto; Ciclo Diesel); Ciclos termodinâmicos de refrigeração por compressão mecânica de vapor e absorção;

Lei de Fourier; Equação da difusão de calor; resistência térmica, coeficiente global de transferência de calor; e aletas. Convecção; Equação da energia; Camada limite térmica; Convecção forçada e natural em escoamentos internos e externos; condensação em filme. Radiação térmica; Lei de Stefan-Boltzmann e Distribuição de Planck; propriedades radiativas (emissividade, absortividade, refletividade e transmissividade); superfície negra e cinza; fator de forma; balanço de energia entre superfícies. Grupos adimensionais em transferência de calor. Isolamentos térmicos: Conceitos; Metodologia de cálculo; Materiais para isolamento térmico; Tipos de isolamento; Aplicação; Espessura econômica do isolamento; Economia de calor; Critérios de aplicação; Tipos de refratários; Seleção; Aplicação de refratários; Perda térmica; e Fornecedores. Trocadores e recuperadores de calor: Princípios de transferência de calor; Conceitos preliminares; Calor residual e aproveitamento térmico; Tipos de trocadores de calor; Aplicações práticas; MT&R aplicado aos trocadores de calor; Metodologia para avaliação de performance; e Estudos de casos.

Conceitos Fundamentais; e Estática dos Fluidos. Formulações Integral e Diferencial de Leis de Conservação. Escoamento Invíscido Incompressível; Análise Dimensional e Semelhança. Escoamento Interno Viscoso Incompressível.

Metodologia de realização de diagnóstico energético: Energéticos em sistemas térmicos industriais: Gestão de energia; Diagnóstico energético; Definição; Necessidade do diagnóstico; Tipos de Diagnóstico Energético; Abordagem de gestão de energia; Compreensão dos custos de energia; Avaliação comparativa; Desempenho de energia; Correspondência do uso de energia com a necessidade; Maximização da eficiência do sistema; Otimização dos requisitos de energia de entrada; Substituição de combustível e energia; Instrumentos de Diagnóstico Energético. MT&R: Fundamentação teórica: Definição de MT&R; MT&R x M&V; Benefícios do MT&R; como proceder na implementação; Exemplos genéricos; Variável independente; Período da Linha de Base – PLB; Dados; Informação; Técnicas de análise; Definição de metas; Relatório/Comunicação; MT&R assistido por computador; e Estudo de caso; Linha de Base: Linha de Base; Coleta e revisão de dados; Hipóteses de modelos; Modelo multivariável; Validação estatística do modelo; e Estudos de casos; Estatística: Introdução; Origem dos erros; Distribuição normal; Outliers; Incerteza; Média; Variância; Desvio Padrão; Erro Padrão; Coeficiente de variação; Precisão absoluta; Estatística t; Precisão estatística; Nível de confiança; Viés; Coeficiente de Pearson; Modelagem matemática; Análise de Regressão; e Validação do modelo; Estudos de caso. M&V: Fundamentação teórica: Apresentação inicial; Documentação; Histórico; Definição; MT&R x M&V; Objetivos; Princípios; Atividades básicas; Propósitos; Processo; Conceitos básicos; Fases; e Comparação justa; Linha de Base: Coleta e revisão de dados; Hipóteses de modelos; Modelo multivariável; Validação estatística do modelo; e Estudos de casos; Estatística: Introdução; Origem dos erros; Distribuição normal; Outliers; Incerteza; Média; Variância; Desvio Padrão; Erro Padrão; Coeficiente de variação; Precisão absoluta; Estatística t; Precisão estatística; Nível de confiança; Viés; Coeficiente de Pearson; Modelagem matemática; Análise de Regressão; Validação do modelo; Métodos e Opções: Método da economia de energia evitada; Método da economia normalizada; Opções do PIMVP; Opção A; Opção B; Opção C; e Opção D; Plano de M&V; Eficiência térmica sistemas térmicos – Fornos – Plano de M&V; Estudos de casos. Análise de viabilidade econômica de projetos de eficiência energética: necessidade de investimento; Avaliação e critérios; Técnicas de análise financeira; Pay-back simples; Pay-back descontado; Retorno do investimento; Valor Presente Líquido – VPL; Taxa Interna de Retorno – TIR; Fluxos de caixa; Análise de risco e sensibilidade; Opções de financiamento; Contratos de desempenho de energia; e Papel das ESCOs.

Introdução aos Combustíveis; Conceitos; Propriedades do Óleo Combustível, Carvão e Gás; Armazenamento, Manuseio e preparação de combustíveis. Princípios de Combustão; e Combustão de Óleo, Carvão e Gás. Sistemas de queimadores; Tipos de queimadores. Modalidades operacionais de queimadores. Cálculos e otimização da combustão; Análise da combustão; e Eficiência e Otimização da combustão; Balanços térmicos e diagrama de Sankey. Bases para diagnósticos energéticos; Situações relevantes para investimentos em conservação de energia e redução das emissões de carbono; e Emissões de carbono.

Cargas centrífugas; principais grandezas; Leis de similaridade; Tipos de bomba; curvas de desempenho; variação do diâmetro; variação de velocidade; curva do sistema; ponto de operação; variação da vazão; e cálculo de perdas. Ventiladores e exaustores: Função dos ventiladores na indústria; Sistemas de ventilação; tipos de ventilador; Dimensionamento dos ventiladores; Oportunidades de EE com ventiladores; e Operação e manutenção. Ar comprimido: Propriedades do ar; Classificação; Descrição e Características; Compressores de Deslocamento Positivo; Compressores Dinâmicos; Seleção de Compressores; Dados necessários; Rendimento; Ciclos de Compressão; Trabalho de Compressão; Tubulação; Controles; Secadores; Recuperação de calor; Vazamentos; Captação do ar; Pressão de trabalho. Motor elétricos (Conceitos; Tipos de motores; motor de indução trifásico; Partida de motor de indução; Índices de eficiência de motores; Análise de substituição – planilha; Manutenção). Acionadores eletrônicos: (Princípio de funcionamento; Características; Tipos: escalar e vetorial; Aplicação de AVA em bomba centrífuga).

Conceitos básicos; Sistemas de refrigeração; aplicações; e ações de eficiência energética. Torres de Resfriamento: Definição; Princípio de funcionamento; Classificação das torres; principais componentes; Diagnóstico energético; Cálculos de engenharia; Tratamento de água; e típicas ações de eficiência energética.

Geração de vapor Conceitos; Tipos de caldeiras; Componentes das caldeiras; Eficiência na geração do vapor; Método Direto; Análise de perdas – Método Indireto; Combustão em caldeiras (Energéticos para geração de calor); Sistemas de queima para caldeiras e aquecedores; Tratamento de água de alimentação; Descarga de fundo – Blow down; Conversão de caldeiras para biomassa; Sistemas de distribuição de vapor; aquecedores de fluidos térmicos e Oportunidades de conservação de energia. Distribuição de vapor: metodologias de projeto; dimensionamento da tubulação de vapor com seus ramais, tubulação de retorno de condensado, acessórios, válvulas, armazenamento de vapor (água pressurizada), etc. Eficiência energética no uso do vapor: Propriedades do vapor; Ciclo Rankine; Caldeiras e seus componentes; Avaliação de perdas na geração, distribuição e uso final do vapor; Tratamento d`água; Sistema de recuperação de vapor condensado e flash; Abordagem tradicional; abordagem alternativa; Oportunidades típicas de economia de energia e Estudo de caso.

Motivação. Conceitos. Definição de fornos. Combustão e combustíveis. Classificação. Principais componentes. Transferência de calor nos fornos. Fornos de reaquecimento contínuo. Eficiência método direto e indireto. Medidas relevantes para investimentos. Conservação de energia. Conversão de energéticos. Ações de eficiência energética típicas. Combustão completa com mínimo excesso de ar. Distribuição de calor adequada.

Conceitos. Definição de Cogeração. Histórico da Cogeração no Brasil e no Mundo. Tipos, Capacidades e Fabricantes; Alternativas tecnológicas. Contexto energético. Regulamentação da venda da energia elétrica por Cogeração. Configurações típicas. Sistemas de cogeração na indústria. Estudo da viabilidade. Estudo de caso.

Conceitos. Tipos de coletores e fabricantes. Configuração típica. Apresentação dos sistemas, apresentação das metodologias, dimensionamento com projeto básico, simulação e análise de viabilidade Ações de eficiência energéticas típicas. Estudo de caso.

Introdução à pesquisa. Tipos e etapas de pesquisa. Fases da Elaboração e Elementos constitutivos do Trabalho de Conclusão do Curso: seleção e delimitação do tema, elaboração da hipótese, formulação do problema da pesquisa, justificativa, objetivos, revisão da literatura, metodologia, recursos, cronograma de execução, bibliografia e anexos. Redação do Trabalho de Conclusão do Curso. Normas de citação e referência bibliográfica (normas técnicas da ABNT).